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EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE UNA PLANTA DE BIOETANOL A PARTIR DE MAÍZ

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL IND USTRIAL MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL QUÍ MICO

TATIANA ANDREA GARCÍA QUEVEDO

PROFESOR GUÍA RODRIGO DONOSO HEDERRA

MIEMBROS DE LA COMISIÓN

MARIA ELENA LIENQUEO CONTRERAS PABLO DAUD MIRANDA

FRANCISCO GRACIA CAROCA

SANTIAGO DE CHILE JULIO 2008

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA

2

EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE BIOETANOL A PARTIR DE MAÍZ

El objetivo de este trabajo es determinar la posibilidad tanto técnica como económica, a nivel de prefactibilidad, de la instalación y operación de una planta de etanol en Chile para COPEC S.A. Para ello, se desarrolló un estudio de mercado, que estimó la necesidad de generar una planta que produzca 80.000 m3/año de etanol. Además, se concluyó que el maíz es el cultivo más conveniente a utilizar en nuestro país de acuerdo a las posibilidades acotadas por las características del suelo y clima, la posibilidad de abastecer una planta con suelos adicionales a los que actualmente se utilizan para alimento y ganado, y finalmente, los precios de los cultivos en territorio nacional.

A partir del estudio técnico se eligió la modalidad molienda seca para procesar el bioetanol, considerando factibles procesos que están presentes en las publicaciones más recientes sobre biocombustibles, es decir, tecnología de punta a nivel mundial, asi como también eficiencia en los gastos energéticos del proyecto, para aprovechar al máximo el gasto en energía y reducir costos para producir la misma cantidad de producto que otra clase de proceso.

Considerando la cercanía a los mayores centros de consumo de gasolina y la reducción de la distancia de la planta con los terrenos de cultivo de maíz, se seleccionó la zona de Angostura para localizarla.

En el análisis económico se determinó que la inversión necesaria para desarrollar este proyecto asciende a los 128,5 mill. US$, mientras que los ingresos, son del orden de los 100 mill. US$ anuales, con costos fijos y variables anuales de 79 mill. US$. Bajo las condiciones de octubre del 2007, con un precio de venta del etanol de 1,173 US$/lt y un precio del maíz de 0,249 US$/kg el VPN obtenido fue de Mill US$-15,4 y una Tasa interna de retorno de 12,9%. No obstante, el análisis de sensibilidad entrega resultados alentadores para un precio de venta del etanol superior a 1,3 US$/lt. Esta situación no es infactible, considerando el comportamiento al alza de los combustibles originarios del petróleo.

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL INDUSTRIAL E INGENIERO CIVIL QUÍMICO POR: TATIANA GARCÍA FECHA: 07/07/2008 PROF. GUÍA: SR. RODRIGO DONOSO

3

A mis padres Rosa y Carlos,

por su incondicional apoyo a

lo largo de mi vida.

4

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a mis padres por permitirme hacer posible este inmenso logro en mi vida. Por inculcarme el esfuerzo desde el ejemplo mismo, por enseñarme el trazo de metas sin límites, por entregar sus vidas para hacer de mi una mejor persona. No me imagino la forma de retribuir tanta entrega. Esto es fruto de un esfuerzo compartido.

Hermanita, es imposible no agradecerte la compañía incondicional, las conversaciones profundas, la frase honesta ante todo. Durante mi período universitario fuiste un cable a tierra, muchas veces fuiste tú más hermana mayor que yo, gracias por aguantarlo.

Para cerrar mi estadía en la Universidad, quisiera agradecer a mis verdaderos. Esta etapa se hizo inmensamente más llevadera por contar con su cariño, apoyo y compañía. Gracias por ser los mejores compañeros de estudio y a la vez por transformarse en grandes compañeros de vida. En especial a Ceci, Issis, Claudia, Briggitte, Priscila, Hernán, Gonzalo, Luis, Ivan y a mi partner Pamela; a mis amigas químicas Consuelo, Bárbara y Katherine por su incondicionalidad, compañerismo y alegría a pesar de la carga infinita de trabajo que enfrentamos juntas, tanto en lo profesional como en lo personal, el compartir con ustedes fue una instancia de aprendizaje enriquecedora, las quiero.

Quisiera agradecer a los profesores y funcionarios que me orientaron durante este proyecto. A Gina por sus sabios consejos y a Yunny por hacer mucho más que su trabajo, sin ustedes la aventura de una titulación doble pudo haberse transformado en un camino infinito.

No puedo dejar de mencionar a mis tíos y abuelos que han estado siempre presentes en mi enseñanza. Tío Omar, gracias por ser un hermano mayor al que seguir y con el que puedo contar siempre.

Aldo y Víctor, gracias por comprendérselo todo, por entregarme espacios para ser estudiante en un mundo lleno de grandes responsabilidades. En realidad mi formación continua, hoy son ustedes parte de ella. Es muy grata la forma en que hacen que lo humano sea tan importante como lo profesional.

Edu, gracias por ser parte de cada línea de este trabajo. Agradezco todas las noches en que me acompañaste mientras redactaba cada página, eres parte de todo lo que este documento dice. Tú y nuestro hijo han sido el motor que me da fuerzas para terminar este proyecto entre fines de semanas y noches después de extenuantes jornadas laborales, gracias por tu comprensión y ternura infinita.

5

Tabla de Contenidos

CAPÍTULO 1: Introducción y antecedentes generales ....................................11

1.1. Introducción ........................................................................................ 11

1.2. Objetivos ............................................................................................... 12

1.2.1. Generales ......................................................................................... 12

1.2.2. Específicos ........................................................................................ 12

1.3. Alcances................................................................................................. 13

1.4. Marco Conceptual.................................................................................... 14

1.5. Oportunidad de Negocio ........................................................................... 16

1.6. Descripción del Proyecto .......................................................................... 18

1.7. Resultados Esperados .............................................................................. 18

1.8. Metodología............................................................................................ 18

CAPÍTULO 2: Estudio de mercado ..................................................................21

2.1. Usos del Etanol ....................................................................................... 21

2.2. Análisis del Entorno Internacional.............................................................. 21

2.2.1. Requerimientos energéticos ................................................................ 21

2.2.2. El Petróleo en el mundo...................................................................... 22

2.2.3. Etanol en el mundo............................................................................ 23

2.2.4. Plantas de Bioetanol........................................................................... 25

2.2.5. Algunos puntos de vistas a tener en cuenta .......................................... 25

6

2.3. Análisis del mercado nacional ................................................................... 26

2.3.1. Oferta .............................................................................................. 27

2.3.2. Demanda Nacional ............................................................................. 29

2.3.3. Cifras Copec...................................................................................... 30

2.4. Precios................................................................................................... 32

2.4.1. Precio gasolinas ENAP ........................................................................ 32

2.4.2. Precio gasolinas a usuarios ................................................................. 35

2.4.3. Precio bioetanol................................................................................. 36

2.5. Capacidad de la planta............................................................................. 36

2.5.1. Próximo escenario ............................................................................. 36

2.5.2. Porcentaje mezcla.............................................................................. 37

2.6. Análisis de materias primas chilenas.......................................................... 38

2.6.1. Análisis de prefactibilidad acotando suelo disponible............................... 39

2.6.2. Análisis de factibilidad comparando precios de los cultivos ...................... 40

CAPÍTULO 3: Estudio técnico .........................................................................43

3.1. Generalidades......................................................................................... 43

3.1.1. Posibilidades del bioetanol como combustible ........................................ 43

3.1.2. Sustancias de interés primario............................................................. 44

3.1.3. El maíz ............................................................................................. 46

3.1.4. Desdoblamiento hidrolítico .................................................................. 47

3.2. Proceso productivo .................................................................................. 48

3.2.1. Molienda seca ................................................................................... 49

7

3.3. Diagrama de Bloques............................................................................... 53

3.3. Diagrama de Bloques............................................................................... 53

3.4. Tiempo de residencia en los reactores........................................................ 53

3.4.1. Cinética de crecimiento celular ............................................................ 54

3.4.2. Cinética de reacciones enzimáticas ...................................................... 55

3.4.3. Tiempos de residencia ........................................................................ 56

3.5. Balances de masa ................................................................................... 57

3.5.1. Transformación de almidón a azúcares simples y fermentación................ 57

Fermentación ............................................................................................. 58

Resultados ................................................................................................. 62

3.5.2. Destilación........................................................................................ 63

Resultados ................................................................................................. 64

3.5.4. Deshidratación .................................................................................. 66

Resultados ................................................................................................. 66

3.5.5. Desnaturalización .............................................................................. 67

3.5.6. Resumen entradas y salidas del proceso............................................... 67

3.6. Balances de energía................................................................................. 68

3.6.1. Cocción ............................................................................................ 69

3.6.2. Licuefacción ...................................................................................... 69

3.6.3. Sacarificación .................................................................................... 69

3.6.4. Antes de fermentar ............................................................................ 70

3.6.5. Durante fermentación ........................................................................ 70

8

3.6.6. Destilación........................................................................................ 71

3.6.7. Resumen .......................................................................................... 71

3.7. Dimensionamiento de equipos .................................................................. 71

3.7.1. Reactores ......................................................................................... 71

3.7.2. Columna de destilación....................................................................... 73

3.8. Diagrama de flujo.................................................................................... 75

3.9. Ubicación planta...................................................................................... 78

CAPÍTULO 4: Estudio legal.............................................................................79

4.1. Normativa de calidad ............................................................................... 79

4.2. Evaluación de impacto ambiental .............................................................. 79

4.3. Normas para residuos líquidos industriales ................................................ 81

4.4. Legislación relacionada a los impuestos sobre la producción de Biodiesel........ 82

CAPÍTULO 5: Evaluación económica ..............................................................83

5.1. Plan de Recursos Humanos....................................................................... 83

5.1.1. Gasto en salarios ............................................................................... 85

5.2. Ingresos................................................................................................. 85

5.2.1. Ventas de bioetanol ........................................................................... 85

5.2.2. Ventas de DDGS................................................................................ 86

5.3. Inversión................................................................................................ 86

5.3.1. Inversión no incluida en cotización....................................................... 87

5.3.2. Inversión Total. ................................................................................. 90

5.4. Costo capital de trabajo ........................................................................... 91

9

5.5. Costos fijos y variables ............................................................................ 91

5.5.1. Especificaciones sobre los costos ......................................................... 92

5.6. Depreciación........................................................................................... 95

5.7. Tasa de descuento................................................................................... 95

5.8. Nivel de endeudamiento........................................................................... 95

5.9. Resultados del flujo de caja ...................................................................... 96

5.9.1 Resultados VPN ante variaciones del precio del maíz ............................... 96

5.9.2 Resultados VPN ante variaciones del precio del etanol ............................. 96

Conclusiones .................................................................................................98

BIBLIOGRAFÍA............................................................................................. 100

BIBLIOGRAFÍA............................................................................................. 100

ANEXO.........................................................................................................102

Anexo 1. Normativa de calidad del bioetanol sometida a consulta pública por la CNE

(Mayo 2007). .............................................................................................. 102

Anexo 2. Cinética de reacciones enzimáticas y con crecimiento microbiano ......... 105

Anexo 3. Normativa ambiental atingente a residuos líquidos industriales (Decreto

supremo N°90/2000 Secretaría general de la presidencia) ................................ 108

Anexo 4. Organigrama de la empresa............................................................. 110

Anexo 5. Desglose de asignación de sueldo por cargo....................................... 111

Anexo 6. Batería incluida en propuesta TOMSA................................................ 112

Anexo 7. Layout de la planta cotizada por TOMSA S.A. ..................................... 114

Anexo 8. Permisos necesarios. ...................................................................... 115

10

Anexo 9. Flujo de caja para condiciones iniciales en miles de US$...................... 119

Anexo 10. Cálculo de platos columna de destilación. ........................................ 121

Anexo 11. CD con planilla de cálculos de balances de masa, balances de energía y

flujo de caja del proyecto.............................................................................. 122

11

CAPÍTULO 1: Introducción y antecedentes generales

1.1. Introducción

La bioenergía es el tipo de energía producida a través de materia prima de origen

biológico y renovable. Un tipo de bioenergía son los biocombustibles, los que pueden

cumplir un rol reemplazante o complementario de los carburantes de origen fósil, lo

que está sujeto a diversas opciones técnicas existentes.

Dentro de los biocombustibles, los biocarburantes abarcan al subgrupo caracterizado

por la posibilidad de su aplicación a los actuales motores de combustión interna

(motores diesel y ciclo Otto). Los más comunes utilizan materias primas vegetales, y

se crean a través de transformaciones biológicas y físico-químicas. En la actualidad se

encuentran desarrollados principalmente dos tipos:

• Biodiesel: Obtenido a partir de la transesterificación de aceites vegetales con

un alcohol liviano (como metanol o etanol).

• Bioetanol: Generado fundamentalmente de productos agrícolas ricos en

azúcares.

En los programas de planificación chilenos a las formas de energía de origen vegetal,

se las ubica en el segmento denominado energía renovable no convencional, lo que se

asocia a medidas gubernamentales que potencian su uso por contribuir a la

independencia energética nacional.

La legislación, de manera tentativa, permite la venta y uso de biocombustibles, sin

embargo, acotaría la mezcla en un 5% del combustible de origen vegetal, sumado a un

95% del combustible históricamente utilizado1.

El uso de biocombustibles en el mundo es el resultado de décadas de investigación

intentando optimizar el uso de suelo, minimizar la cantidad de materia prima por litro

producido y reducir los costos de producción.

1 Según normativa de calidad en consulta pública por la Comisión Nacional de Energía, se muestra en

Anexos 1.

12

Inicialmente, a principios de la década de los 80’s, los biocombustibles se visualizaban

sólo como una alternativa para minimizar la dependencia del crudo, aminorando los

efectos de sus fluctuaciones de precios. Sin embargo, con el pasar del tiempo, la

gestación de políticas de mejoras medioambientales, ha motivado su uso. Lo que

sumado al aumento sostenido del precio del petróleo, se presenta como una posibilidad

de insertar en el mercado los biocombustibles a un precio sustentable.

Durante mucho tiempo se habló de la infactibilidad económica de la producción de esta

forma de energía, pues sus costos las hacían poco competitivas frente a sus análogas

de origen fósil. Sin embargo, en la actualidad, bajo el contexto del plan de seguridad

energética chileno, surge la necesidad de una evaluación que contemple la creciente

alza que han presentado el último tiempo los precios de los combustibles tradicionales.

1.2. Objetivos

1.2.1. Generales

Desarrollar un estudio técnico económico, a nivel de prefactibilidad, de una planta

productora de etanol a partir de productos agrícolas, para ser usado como combustible

en el mercado nacional.

1.2.2. Específicos

� Evaluar la existencia de materias primas apropiadas para producir etanol en el

mercado nacional. Seleccionar la más apropiada.

� Determinar proceso productivo adecuado para producir etanol en Chile.

� Dimensionar equipos requeridos.

� Identificar normativas ambientales vigentes aplicables al proyecto.

� Desarrollar estudio de mercado para la potencial industria de bioetanol en

Chile.

� Determinar inversión, costos y beneficios asociados al proyecto.

� Desarrollar evaluación económica a nivel de prefactibilidad.

� Confeccionar análisis de sensibilidad sobre variables relevantes.

13

1.3. Alcances

El estudio se concentrará principalmente en la evaluación técnico económica, a nivel de

prefactibilidad, de una planta de etanol para ser usado como combustible en mezcla

con gasolina, de acuerdo con restricciones propuestas por Copec S.A. que es la

empresa para la que se estudiará este proyecto. Estas restricciones se relacionan con

las necesidades económicas y técnicas de la empresa antes mencionada. Para la

estimación de otros parámetros, especialmente los del tipo agronómico y tecnológico,

como lo son la elección de la materia prima y tecnología, se usará en lo posible

información de la literatura, como publicaciones de Universidades norteamericanas o

estudios de organismos gubernamentales que han desarrollado estudios aplicados a

Chile en tópicos puntuales agronómicos.

El proyecto no se hace cargo de la implementación del mismo. No es una guía para su

posterior ejecución.

Este trabajo sólo entregará una visión general de los factores y costos relevantes que

inciden en el proyecto, con el fin de justificar una evaluación a nivel de factibilidad en

caso de que se desee continuar con el estudio de éste.

Este trabajo deja de lado toda la logística de distribución asociada a la venta de

bioetanol y al suministro de materias primas. Considerando, eso sí, el costo de las

materias primas e insumos puestos en el lugar donde se llevará a cabo el proceso

productivo.

Este análisis deja de lado toda evaluación social relacionada con el incremento de

precios de las materias primas vinculadas al proceso productivo escogido, que

pudiesen ser utilizadas como alimento y su incidencia en índices macroeconómicos

nacionales. Sin embargo, evalúa la variación de los resultados económicos con valores

transables crecientes de la materia prima.

La capacidad instalada de la planta a diseñar estará basada en un estudio de mercado

y en las proyecciones de venta de gasolina de Copec S.A.

Tampoco se considerarán en la evaluación, los costos asociados a la posterior mezcla

de bioetanol con gasolina ni los requerimientos operacionales asociados.

14

Esta memoria incluirá el diseño y dimensionamiento de los equipos principales del

proceso productivo. Sin embargo, para obtener resultados económicos más realistas,

es decir, con valores de mercado, para la evaluación económica se utilizarán

cotizaciones llave en mano de la planta.

1.4. Marco Conceptual

El Etanol, denominado también alcohol etílico, es un compuesto cuya fórmula es

CH3CH2OH, peso molecular 46,07 gr/mol y densidad 0,8 gr/cc. Es un líquido incoloro,

muy volátil, fácilmente inflamable y soluble en agua. Ebulle a 78°C y se congela a –

112 °C2.

El etanol se puede obtener a través de fermentación, para ello se usan levaduras y/o

bacterias. El substrato es biomasa proveniente de almidones de cereales (trigo, maíz,

cebada, etc), o tubérculos (yuca, camote, papa, malanga, etc); de azúcares (caña de

azúcar, pataca, sorgo dulce, remolacha, etc) o de sustancias celulósicas (desperdicios

forestales, agrícolas, etc.).

La combustión de etanol genera CO2 y H2O. Esta reacción produce una energía

equivalente a 26.900 KJ/mol de etanol3.

Como combustible puro, es utilizado principalmente en Brasil. Su uso, con

temperaturas inferiores a 15ºC, pude dar lugar a problemas de encendido, para que

esto no ocurra el método más común de solucionarlo es añadirle una pequeña parte de

gasolina (inferior a un 1%).

Otro factor importante es el octanaje, el etanol tiene un octanaje mucho mayor que la

gasolina, en torno a 110. Esta característica genera beneficios en variables como

detonación, emisiones y duración del motor4. No obstante, su rendimiento varía

respecto al combustible convencional. Estas son algunas de las diferencias:

2 Acevedo E. “AGROENERGÍA, Un desafío para Chile”

3 Acevedo E. “AGROENERGÍA, Un desafío para Chile”

4 ECOPETROL S.A. “Efecto del etanol sobre propiedades fisicoquímicas de las gasolinas colombianas y

desempeño de motores y vehículos”

15

• Reducción de la potencia (aproximadamente un 2% para mezclas al 15% de

etanol y 85% de gasolina).

• Aumento del consumo (4% para mezclas del 15%).

• Aumento de la corrosión de las partes metálicas y componentes de caucho.

A continuación se presenta una tabla comparativa con las propiedades de la gasolina y

etanol:

Tabla 1.1. Propiedades del etanol y la gasolina

Fuente: Vilajuana Jaime, 1981.

Este biocombustible contiene menos energía por litro que las gasolinas, con lo que su

rendimiento es menor, pudiendo llegar hasta un 30% menos, si es que se utiliza puro.

En la tabla 1.2 se muestran los rendimientos relativos de motores utilizando mezcla

gasolina etanol.

Interpolando valores de la tabla 1.2, se puede observar que el rendimiento para una

mezcla que contenga un 5% de etanol sólo se vería disminuido en un 1%.

Debido a las propiedades termoquímicas más favorables, la eficiencia térmica es

potencialmente mejor con etanol, puede ser quemado en mezclas más pobres, y

operar con razones de compresión más altas.

PROPIEDAD ETANOL GASOLINA

Fórmula CH3CH2OH Mezcla de hidrocarburos de C4-C12

Peso molecular 46,07 100-105

C (% en masa) 52,2 85-88

H2 (% en masa) 13,1 12-15

O2 (% en masa) 34,7 0

Gravedad específica 0,794 0,72-0,78

Temperatura de ebullición (º C) 76 27-225

Punto de inflamación (º C) 12,5 9

temperatura de autoignición (º C) 428 260

Límites inflamabilidad % en volumen:

Bajo 4,3 1,4

Alto 19 7,6

16

Tabla 1.2. Rendimientos mezclas gasolina etanol

Fuente: Vilajuana Jaime, 1981.

Existen otros factores operativos que se deben tener en cuenta. Este biocombustible

no debe ser trasladado por oleoductos debido a incompatibilidades con algunos

materiales, contaminación cruzada, afinidad con el agua y corrosividad. Incluso si está

mezclado con gasolinas5.

1.5. Oportunidad de Negocio

El petróleo es el componente más importante de la matriz energética mundial. El

mundo consume alrededor de 30 mil millones de barriles de petróleo al año; se estima

que la cantidad de yacimientos explotables que se descubren en la actualidad no darán

abasto para la demanda proyectada para la próxima década6.

Hay que considerar también el incremento sostenido que ha presentado el precio del

crudo en el último tiempo, lo que hace vez más costoso solventar necesidades

energéticas, utilizando formas de energía provenientes de combustibles de origen fósil.

5 Según artículo publicado en www.energiadiario.com

6 Según la Energy Information Administration (EIA)

Mezcla combustible Rendimiento Relativo [Km /l]

Gasolina [%] Etanol [%] [%]

100 0 100

90 10 98,3

80 20 96

70 30 93,3

0 100 68

17

Por otro lado, la seguridad energética es, en la actualidad, uno de los principales

desafíos que enfrenta nuestro país. Chile importa un 98% de la energía que consume7.

Por lo mismo, está en una situación de vulnerabilidad frente a la volatilidad

internacional de precios e interrupciones en el suministro. En ese contexto, el Gobierno

chileno está impulsando su propio Plan de Seguridad Energética (PSE). Una de las

acciones de este plan apunta a promover la creación de escenarios que potencien el

desarrollo de los biocombustibles.

A todos los antecedentes ya mencionados, hay que añadir una limitante que impacta

sobre la cantidad de energía disponible, que dice relación con las restricciones

ambientales que pueden surgir en algunas zonas saturadas, como Santiago de Chile.

Este factor es relevante, pues la tendencia apunta a la utilización de formas de

energías limpias y eficientes.

En resumen, con un contexto de altos precios, inseguridad en el abastecimiento y

preocupación por el medioambiente, surge la necesidad de desarrollar fuentes

alternativas al petróleo en la forma de biocombustibles. Éstos enfrentan los

antecedentes antes presentados con los siguientes atributos:

VENTAJAS:

• Son renovables.

• Contribuyen a diversificar la matriz energética.

• Reducen dependencia del petróleo importado.

• Reducen emisiones de gases con efecto invernadero (CO2).

• Mejoran la emisión, rediciendo gases contaminantes.

• Fomentan el emprendimiento e innovación y abren oportunidades de

negocio e inversión.

DESVENTAJAS:

• Producción limitada.

• Menor rendimiento energético.

• Mayor costo por unidad de energía al comparar con gasolinas.

7 Presentación de Karen Poniachik, Ministra de Minería y Energía, Seminario Agroenergía- Biocombustibles, 27 de julio de 2006.

18

• Logística de distribución de mayor costo.

• Efecto de alza de precios sobre los alimentos.

1.6. Descripción del Proyecto

En este informe se evaluará la prefactibilidad tanto técnica como económica de la

instalación y operación de una planta productora de Bioetanol. Este producto será

vendido para ser utilizado en el sector del transporte. Para lo anterior, se necesitará

analizar las condiciones necesarias para insertar este producto en el mercado nacional.

El proyecto se diseñará para ser implementado por Compañía de Petróleos de Chile

Copec S.A. por lo que se enmarcará bajo las capacidades y recursos que dispone la

empresa.

En un entorno de altas volatilidades de precios, será necesario confeccionar análisis de

sensibilidad considerando las variables que influyen mayormente en los resultados de

la evaluación económica del proyecto y que son difíciles de predecir con certeza.

1.7. Resultados Esperados

De acuerdo a lo conversado con Copec y a los objetivos planteados, se espera:

• Caracterizar la Industria de Bioetanol.

• Definir materia prima adecuada

• Conocer estándares de calidad vigentes para el etanol en Chile.

• Definir dimensionamiento de instalaciones.

• Definir localización de la industria.

• Conocer el marco regulatorio que afecta al proyecto.

• Determinar el monto de inversión para la construcción de la planta.

• Determinar costos fijos y variables e ingresos esperados.

• Evaluar económicamente el proyecto frente a diferentes escenarios con análisis

de sensibilidad de las variables relevantes.

1.8. Metodología

En general, en el presente estudio, se recurrirá a la opinión experta y al estudio de

material bibliográfico.

19

El primer paso será hacer un estudio de mercado segmentado por áreas o regiones

basado en el actual entorno de la venta de gasolinas en el país. Este análisis evaluará

la capacidad máxima o mínima que debería tener la planta estudiada para cubrir

mezclas de diferentes porcentajes por zonas.

Luego, se procederá a estudiar la materia prima vegetal factible de utilizar en Chile,

pues preliminarmente se sabe que su precio será un factor clave en la competitividad

del producto. Se elegirá el cultivo que represente un costo menor para producir la

misma cantidad de producto terminado y que sea factible obtenerlo en las cantidades

requeridas para cubrir la demanda según distintos niveles de uso en gasolinas.

Posteriormente, se procederá a estudiar el marco legal que regula la producción, venta

y uso del bioetanol en Chile. Se sabe de la existencia de proyectos de ley atingentes al

tema, pero será necesario evaluar las regulaciones que están vigentes para tales

efectos.

Una vez determinada la materia prima y la capacidad instalada de la planta requerida,

se procederá a escoger un proceso productivo adecuado a los requerimientos de

fabricar un producto de manera eficiente. Para esto se deberán estudiar las

metodologías empleadas por países con mayor experiencia en el tema y las nuevas

tecnologías disponibles en el área.

Luego, una vez determinadas las operaciones unitarias requeridas, se especificarán los

equipos para consecutivamente confeccionar los balances de masa asociados a éstos y

las dimensiones requeridas para los mismos. Seguido de lo anterior, se elaborarán los

balances de energía del proceso. Ya se está en condiciones de esbozar el diagrama de

flujos de la planta evaluada y su correspondiente layout.

Consecutivamente, se determinará la localización de la planta, a partir de lo que se

podrá cuantificar el costo del terreno necesario para la instalación y operación

adecuada de la misma. Para estipular el total de la inversión, se solicitarán

cotizaciones a diferentes empresas para comprar una planta llave en mano con todas

las consideraciones estipuladas hasta este punto del estudio.

Para realizar un análisis económico del proyecto, será necesario estimar los costos

operacionales, considerando gastos de insumos, materias primas y servicios básicos

20

tales como energía eléctrica, agua y gas. Además se deberán evaluar los costos fijos,

lo que significa calcular gastos por concepto de sueldos, arriendos de oficinas, seguros,

gastos generales, etc.

A continuación, se deberán estimar los ingresos, para lo cual se confeccionará un plan

de ventas del producto en base a la información obtenida en el estudio de mercado y a

estudio de precios internacionales o alternativos de importación de etanol.

Una vez determinados los ingresos, costos e inversión, se confeccionará el flujo de caja

estimativo del proyecto, para lo que se usará como herramienta Microsoft Excel. Para

ello se fijarán algunos criterios relevantes en la evaluación económica como la tasa de

descuento, horizonte de evaluación, nivel de endeudamiento, etc.

Posteriormente, se realizará un análisis de sensibilidad en torno a las variables que

generen mayor incertidumbre para el proyecto. Esto será fundamental para entender

como afectan los distintos escenarios en los resultados económicos. En cada análisis se

utilizarán como parámetros comparativos el VPN, la TIR y el PRC (Periodos de retorno

del capital) del proyecto. Con toda la información obtenida, finalmente, se procederá a

entregar un resumen de la evaluación, indicando tanto las condiciones favorables y

riesgos del proyecto como su relación con la normativa o legislación a fin de que sea

factible su implementación.

21

CAPÍTULO 2: Estudio de mercado

2.1. Usos del Etanol

Los principales usos del etanol son los siguientes8:

• Bebidas Alcohólicas

• Solvente químico e industrial

• Industria cosmética y afines

• Intermediario para la producción de etileno, acetaldehído, ácido acético,

ésteres etílicos, entre otros.

• En farmacias, hospitales y clínicas como agente desinfectante.

• Aditivo en combustible de motores de combustión interna.

• Como combustible puro en motores.

Los dos últimos puntos tienen interés para efectos de este trabajo, poniendo especial

énfasis en la utilización como aditivo.

2.2. Análisis del Entorno Internacional

2.2.1. Requerimientos energéticos

Las necesidades energéticas del mundo presentan un aumento sostenido en las

últimas décadas. La mayoría de los analistas coinciden en que el desarrollo de los

países está ligado a un aumento en su demanda de energía. En la figura 2.1 se

muestra la demanda mundial de los distintos tipos de energía primaria.

8 Vilajuana Jaime, “Evaluación técnico económica y anteproyecto de una planta de etanol por

fermentación y su uso como combustible”, 1981.

22

Figura 2.1. Demanda mundial de energía primaria

Fuente: International Energy Agency

Se observa en la gráfica anterior que el petróleo es la fuente energética más utilizada

en los últimos 30 años. Así mismo, las fuentes de energía renovables ocupan un papel

cada vez más importante. Se distinguen en la gráfica como fuentes renovables la

energía nuclear, la Hídrica y otras, en esta última clasificación se encuentran los

biocombustibles, además de las formas de energía eólica y solar.

2.2.2. El Petróleo en el mundo

El mundo consume alrededor de 30 mil millones de barriles de petróleo al año; se

estima que las reservas globales son de alrededor de 1 billón de barriles (incluyendo

potenciales nuevos descubrimientos). El consumo de petróleo aumentará de 85,2

millones de barriles/día en 2005 a 118 millones al año 20309.

Las fuentes de fácil acceso al crudo ligero se encuentran casi agotadas y que en el

futuro el mundo dependerá del crudo más pesado y del uso de gasolinas alternativas.

Si se analiza por sectores a los consumidores de crudo en el mundo, se concluye que el

transporte es el rubro más demandante y coincidentemente el que se espera aumente

su demanda de forma más rápida. En la figura 2.2 se observa la demanda mundial de

crudo y su consumo por sector.

9 Según la Energy Information Administration (EIA)

23

Figura 2.2. Consumo mundial de petróleo por sector (Millones de barriles por día)

Fuente: Energy Information Administration/International Energy Outlook

2.2.3. Etanol en el mundo

La obtención de etanol por fermentación de azucares es el método clásico para

producir bebidas alcohólicas, sin embargo, se hace cada vez más frecuente la

generación del alcohol por este método para su uso como biocombustible. La

producción en el mundo de este commodity ha evolucionado positivamente en los

últimos años, su producción creció un 19% en 2005, alcanzando 36,5 mil millones de

litros. En la figura 2.3 se observa la curva que representa la generación de etanol en

los últimos años.

Los principales productores de este biocombustible en el mundo son Brasil y Estados

Unidos, con un 35,8% y 33,1% del mercado total. Brasil es conocido por utilizar como

materia prima la caña de azúcar, mientras que Estados Unidos enfoca sus procesos a

la utilización de maíz.

24

Figura 2.3. Producción mundial etanol (millones de litros)

Fuente: Worldwatch Institute

En la figura 2.4 se observa cómo se divide la producción de etanol entre los diferentes

países del mundo.

Figura 2.4. Principales países productores de Etanol en el mundo (%)

Fuente: “Biocombustibles: Producción de bioetanol” Dra. Carolina Parra, Centro de Biotecnología,

Universidad de Concepción

Brasil

EEUU

China

India

Francia

Rusia

Alemania

Sudáfrica

España

Reino Unido

25

2.2.4. Plantas de Bioetanol

En la actualidad existen plantas productoras de etanol operando en el mundo. En la

tabla 2.1 se muestran algunos ejemplos de plantas que en la actualidad operan en

Estados Unidos. La materia prima utilizada en estas plantas es maíz.

Tabla 2.1. Algunas Plantas de Bioetanol en EEUU.

Fuente: http//:www.sdcorn.org10

Lo anterior evidencia la existencia de tecnología probada en la elaboración de bioetanol

a nivel industrial en cantidades que van entre los 57 y 450 millones de litros al año

aproximadamente11.

2.2.5. Algunos puntos de vistas a tener en cuenta

A pesar de que en este proyecto no se incorpora el impacto social sobre el mercado de

los alimentos, existe evidencia12 de que los precios de los alimentos han presentado un

comportamiento al alza por lo menos en los últimos tres años. Muchos analistas13

consideran que la contribución de los biocombustibles como una fuente energética

10 Última visita: 2 de julio 2008.

11 Las capacidades mencionadas sólo se refieren a los ejemplos citados en la tabla 2.1, no necesariamente

corresponden a los rangos de capacidades de las plantas que a la fecha de este informe operan en el mundo.

12 www.odepa.cl

13 Michael Grunwald, “The clean Energy Scam” artículo publicado en TIME MAGGAZINNE, 7 de abril

2008.

Planta Empresa Año inicio operación Capacidad [MMlt]

Aberdeen Heartland Grain Fuels 1993 151

Rosholt North Country Ethanol - 106

Big Stone City Poet Biorefining 2002 284

Watertown Glacial Lakes Energy 2002 379

Aurora VeraSun Energy 2004 454

Hudson Poet Biorefining 2004 208

Chancellor Poet Biorefining 2003 379

Scotland Poet Research Center 1988 57

Marion VeraSun Energy - 416

Loomis Poet Biorefining 2006 227

26

alternativa, es significativamente menor en comparación con la hambruna que está

generando debido a la utilización de una cantidad significativa de suelos que

anteriormente se destinaban a cultivos alimenticios. Esto repercute en una disminución

de la cantidad de alimento agrícola ofertado lo que se traduce en un alza de precios

que perjudica a los grupos humanos más pobres. Son estos mismos análisis los que

postulan que a la larga los biocombustibles favorecen el calentamiento global, pues el

país que alberga el llamado “pulmón del mundo”, Brasil, está reemplazando su selva

tropical por hectáreas de cultivos de soya para ser usada como materia prima para

bioenergía.

2.3. Análisis del mercado nacional

Chile importó el 72% de la energía primaria que consumió el 2004, el 98% del crudo,

96% del carbón y 75% del gas natural14. Las categorías de energía primaria más

recurrentes en nuestro país son petróleo crudo, gas natural, carbón, hidroelectricidad,

leña y otros15. En particular la hidroelectricidad se asemeja a un 8% del total de

energía primaria consumida. En la figura 2.4 se muestra la evolución de importaciones

de energía primaria en los últimos años.

48% 54% 69% 72%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

%

1990 1995 2000 2004

Participación de Importaciones en Consumo Bruto de Energía Primaria

Fuente: Balances de Energía CNE, 2006.

14 Presentación de Karen Poniachik, Ministra de Minería y Energía, Seminario Agroenergía- Biocombustibles, 27 de julio de 2006.

15 Principalmente a biogás y energía eólica

Figura 2.4. Fracción de energía primaria importada

27

Tabla 2.2. Porcentaje de importación de energía primaria por categoría

Año

1990 1995 2000 2004

% Importado de Crudo 88 95 97 98

% Importado de Carbón 40 68 92 96

% Importado de gas natural 0 0 64 75

Fuente: Balances de Energía CNE, 2006.

En la tabla 2.2 se observa cómo ha aumentado en la última década el porcentaje de

crudo importado, llegando a alcanzar en el 2004 el 98%. El resto del crudo utilizado en

la matriz tiene un origen nacional.

El crudo importado en el año 2005 fue 11,8 millones m3 equivalentes a US$ 3,8 miles

de millones, a un precio promedio WTI16 de 54,5 US$/barril.

2.3.1. Oferta

La oferta de combustibles derivados del petróleo en Chile tiene su origen en la

Empresa nacional del petróleo ENAP, empresa nacional encargada de refinar el crudo y

hacer llegar a los distribuidores los productos obtenidos. En la figura 2.5 se observa la

producción nacional de gasolinas en los últimos años.

La gasolina refinada por ENAP es de 93 y 97 octanos. La gasolina de 95 octanos que se

vende en los puntos de servicio es producto de la mezcla de las dos primeras en

proporciones iguales en el momento de inyectar el combustible al camión.

Mientras ENAP es la empresa encargada de refinar el crudo importado, la distribución

de los productos líquidos procesados queda, fundamentalmente, en manos de tres

grandes competidores: COPEC, ESSO y SHELL. En la figura 2.6 se observa la

participación de mercado de la industria de las gasolinas (93, 95 y 97 octanos) para el

año 2006. Este gráfico se basa en las cifras mostradas en la tabla 2.3 donde se

detallan además las cantidades despachadas por los competidores de esta industria.

16 WTI: West Texas Intermediate, parámetro usado para fijar promedio de calidad, usando como referencia

el crudo producido en Texas

28

En general, la industria de combustibles líquidos se caracteriza por competir por

precios, esta competencia será más o menos reñida dependiendo de la zona geográfica

donde se expenda el combustible17.

Debido a lo poco atractivo que parece un mercado pequeño y lejano, es despreciable la

cantidad de crudo que ingresa a nuestro país ya refinado.

Tabla 2.3. Cantidades despachadas por los competidores de la industria en el año 2006

MERCADO GASOLINAS 2006 COPEC ESSO SHELL OTRAS Despacho [m3] 1.457.170 497.588 590.130 379.058 Participación [%] 49,84 17,02 20,18 12,96

Fuente: Registro archivos Copec del 2006.

Figura 2.5. Producción nacional de gasolina

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

Evolución producción nacional gasolinas [miles m3]

Fuente: Balances CNE, ENAP

17 Opinión del Sr. Roberto Yunge, gerente de abastecimiento de SHELL por más de 10 años.

29

Figura 2.6. Participación de mercado de Gasolinas 2006

Fuente: Registro archivos Copec del 2006.

2.3.2. Demanda Nacional

Al igual que la tendencia mundial, en Chile el sector con mayores incrementos en su

consumo energético, es el transporte. En este rubro las gasolinas y el diesel son los

productos característicos. En la figura 2.7 se observa el incremento de la cantidad

demanda para esta área entre los años 1995 y 2004.

Figura 2.7. Evolución de cantidad de combustible líquido demandado entre 1995 y 2004

Fuente: CNE

COPEC50%

ESSO17%

SHELL20%

OTRAS13%

GASOLINA : 2,938 MILL m3

DIESEL : 3,072 MILL m3

GASOLINA : 2,752 MILL m3

DIESEL : 2,062 MILL m3

30

En la figura 2.8 se muestra el consumo nacional de gasolinas y diesel, incluyendo una

proyección hasta el año 2014.

Aproximadamente, para el 2010 se necesitarán 3,3 millones de m3 de gasolina para

satisfacer las necesidades de los consumidores.

2.3.3. Cifras Copec

Copec S.A. diseña su logística de despacho de acuerdo a 4 zonas geográficas del país:

• Zona norte

• Zona central

• Zona Santiago

• Zona sur

Tabla 2.4. Plantas Copec por zona

OFICINA ABREV. PLANTAS

ZONA NORTE ZN Arica Iquique Antofagasta Tocopilla

ZONA CENTRAL ZC Caldera Salinas Guayacan Huasco

ZONA SANTIAGO ZSA Maipú Sn.

Fernando

ZONA SUR ZS Chacabuco Linares Chillán Pto. Montt

Sn. Vicente Pta. Arenas

Fuente: Archivos Copec

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

MIL

ES

m3

GASOLINA DIESELPROYECCIÓN

Figura 2.8. Evolución consumo de gasolina y diesel

Fuente: CNE

31

En la tabla 2.4 se muestran el total de plantas de almacenamiento de combustible pertenecientes a Copec distribuidas por zona geográfica. Estas plantas reciben el combustible refinado desde ENAP y lo almacenan en estanques. Posteriormente, este producto y los aditivos Copec se inyectan con una bomba hidráulica, en proporciones ya establecidas, a camiones acondicionados con estanques de acero inoxidable con una capacidad de 30 m3 aproximadamente. Estos camiones despacharán la mezcla a las estaciones de servicio designada según el plan de distribución de la empresa.

Tabla 2.5. Despacho Copec por zona en m3 enero – diciembre 2006

DESPACHO ENERO-DICIEMBRE 2006 [m3]

ZN ZC ZSA ZS NIVEL PAÍS

m3

% partic. m3

% partic. m3

% partic. m3

% partic. m3

% partic.

Gas 97 s/p 45.764 58,0 113.413 53,7 321.630 48,4 137.017 55,1 617.824 51,4

Gas 93 s/p 58.621 57,3 153.737 50,0 393.715 46,9 233.273 49,5 839.346 48,8

Total 104.385 57,6 267.150 51,5 715.345 47,5 370.290 51,4 1.457.170 49,8


Cada planta tiene designado un área de abastecimiento, el que debe ser cubierto por la

flota de camiones distribuidores. En la tabla 2.5 se muestra las cantidades totales de

gasolina despachadas por zona y por octanaje, además del porcentaje de mercado de

Copec en esa zona específica. También se ilustran las cantidades totales de gasolina

despachada por zona en la figura 2.9.

Figura 2.9. Gráfico de gasolina despachadas por Copec enero-diciembre 2006


32

Tabla 2.6. Despacho plantas zona Santiago 2006

DESPACHO ZSA 2006 [m3]

Maipú Sn. Fernando

Gas 97 s/p 276.441 45.189

Gas 93 s/p 30.210 63.505

Total 606.651 108.694


La Zona Santiago es el espacio geográfico con mayor despacho registrado el año 2006.

En la tabla 2.6 se muestra la distribución de esta zona para cada una de sus plantas.

2.4. Precios

2.4.1. Precio gasolinas ENAP

El precio de las gasolinas, es un referente muy importante a la hora de estudiar el

valor de mercado del bioetanol, pues los distribuidores no estarán interesados en

mezclar su producto, si el biocombustible incrementa su costo.

La estructura que rige el precio de las gasolinas en Chile es la siguiente:

Donde:

PM (t) = Precio a los distribuidores mayoristas en la semana t.

PI (t) = Precio paridad de importación Concón en la semana t. Precio internacional del

producto puesto en Concón. Dado el carácter de importador de crudo y combustibles,

en el país, el precio de los diferentes productos se rige por la paridad de importación

usando como referencia el valor de los diferentes combustibles en un mercado

relevante. En la actualidad se está tomando la Costa del Golfo de los Estados Unidos

(WTI), se incluye el arancel de internación que corresponde al 8% como norma para

2001. Este factor es el que mayoritariamente incide en la volatilidad del precio del

combustible.

PM(t) = PI(t) + FEPC + IVA +IE

33

El precio paridad de importación corresponde al precio internacional para el producto

puesto en Concón, Chile, incluyendo:

• Precio FOB en mercado de referencia EE.UU. Promedio de los días hábiles de las

semanas "t-3" y "t-2”.

• Costo del transporte marítimo Corpus Christi (Texas)-Quintero, Seguro, arancel

aduanero (cero absolutamente para producto de origen en EE.UU.)

• Otros costos menores de importación

• Costo de la logística de recepción en Quintero y de transporte hasta Concón.

Llevado de US$/m3 a $/m3 tomando el tipo de cambio del día martes anterior al

día de vigencia de los precios, que es el jueves de cada semana. Si el PI en $ así

calculado varía en menos de 0,5% con respecto al PI en $ vigente, no se

modifica, permaneciendo por tanto vigente otra semana. Esto para no introducir

volatilidad excesiva en los precios incorporando fluctuaciones poco significativas

en el mercado internacional.

IE= Impuesto específico. 6 UTM/m3 para las gasolinas. Este valor, corresponde

aproximadamente a 200 $/litro de gasolina18. Es importante destacar que este

impuesto sólo se cobra a las gasolinas utilizadas para el transporte en la vía

pública. Los efectos del IE son:

• Alta recaudación tributaria

• Mayores costos de transporte

• Incentivos a utilización de combustibles alternativos, como los biocombustibles, que no son gravados con este impuesto.

IVA= Impuesto al valor agregado, 19% sobre el valor de venta.

FEPC (t) = Fondo de Estabilización de Precios del Petróleo para la semana t, Ley

20.115. Variable según estrategia gubernamental para disminuir efecto en índices

macroeconómicos. Generalmente no se aplica.

18 Se utilizó el precio de la UTM del 8 de octubre del 2007 (1UTM =$33.749).

34

Para cada combustible afecto, el FEPC establece una banda de precios en torno a un

“precio de referencia intermedio”, con un techo y un piso que se denominan “precio de

referencia superior” (PRS), calculado como el precio de referencia intermedio más 5%,

y un “precio de referencia inferior” (PRI), calculado como el precio de referencia

intermedio menos 5%, respectivamente.

Por otro lado, todas las semanas el Ministerio de Minería, determina un precio de

paridad de importación (PPAR) para cada combustible, previo informe de la Comisión

Nacional de Energía (CNE). La metodología de cálculo del fondo otorga un crédito o

cobra un impuesto por metro cúbico de combustible, en base a la relación que muestre

el precio de paridad de importación, con los límites de la banda de precios de dicho

combustible. Así cuando el PPAR de cualquiera de los tres combustibles afectos excede

al PRS de su respectiva banda de precios, se otorga un crédito (subsidio) en beneficio

del consumidor final de dicho combustible correspondiente a la diferencia entre ambos

valores. Por otro lado, cuando el PPAR es menor al PRI de la banda se cobra un

impuesto de cargo del consumidor correspondiente a la diferencia entre ambos

valores. Si el PPAR cae entre el PRS y el PRI, no se aplicará ni crédito ni impuesto a los

combustibles.

Figura 2.10. Precio paridad gasolina 93 y su banda de precios en el 2005.

Fuente: “Comercialización de combustibles” presentación Roberto Yunge Ducaud, 2006.

35

En la figura 2.10 se muestran las fluctuaciones del precio paridad y la banda de precios

a la que estuvo afecto en el segundo semestre del año 2005. Los créditos

corresponden a los subsidios del FEPC y los impuestos son entradas para el fondo que

provienen del bolsillo del consumidor, mayormente.

Tabla 2.7. Participación porcentual sobre el precio de venta de los combustibles a abril del 2007

Ítem Participación sobre precio Gasolina [%]

Precio ENAP puesto en Concón 58,1

Oleoducto Concón/Maipú 0,9

FEPC -5,0

Impuesto específico 35,7

IVA 10,3

Fuente: “Comercialización de combustibles” presentación Roberto Yunge Ducaud, 2006.

Para tener una impresión de la estructura real de precios de los combustibles

nacionales, se muestra la tabla 2.7, observándose la composición porcentual de

precios ENAP a Distribuidores Mayoristas en Santiago (Participación porcentual sobre

el Precio de Venta al 05 de Abril de 2007).

2.4.2. Precio gasolinas a usuarios

El valor que paga el usuario final de la gasolina contempla varios ítems adicionales al

precio a distribuidores de ENAP, dentro de los que se destaca:

• Flete primario: Entre refinería y planta almacenadora.

• Almacenamiento y manejo.

• Margen comercialización distribuidor mayorista.

• Flete secundario: Entre planta almacenadora y punto de venta.

• Margen comercialización concesionario o punto de venta.

• Otros (Inversiones, servicios, etc.)

• IVA de márgenes.

36

2.4.3. Precio bioetanol

El precio de venta del bioetanol es variable, generalmente depende del precio de venta

de la gasolina, lo que en el último año presenta un comportamiento al alza. Otro factor

relevante es el costo de producción asociado, lo que dependerá mayoritariamente de la

materia prima elegida y de las economías de escala de las plantas que generan el

combustible.

Las estimaciones del costo de producción de bioetanol en Brasil son de cerca de 0,57

US$/lt (286 $/lt19) utilizando caña de azúcar como materia prima. Sin embargo, en

EEUU, este biocombustible se produce del maíz, presentando costos de producción

superiores a 0,60 US$/lt.

Debido a que básicamente el bioetanol es un producto de origen agrícola, las

instituciones y la economía del área dominan su producción. Su precio se relaciona con

el valor transable de los cultivos20. Por consiguiente, los altos costos agrícolas,

incluyendo la energía, pueden llevar a mayores precios de combustible. La producción

del etanol como combustible está también en directa competencia con la producción de

comida en la mayoría de los países21.

2.5. Capacidad de la planta

2.5.1. Próximo escenario

Según las proyecciones estimadas por la Comisión Nacional de Energía, el consumo de

gasolinas en Chile para el 2010 sería de 3,3 millones de m3. Si Copec mantuviera su

participación en dicho mercado, necesitaría despachar a lo largo del territorio chileno

1,65 millones de m3. En la tabla 2.8 se muestran las cifras recién expuestas y las

cantidades de bioetanol necesario para que esta empresa reemplace el 5% y el 10%

de dicho expendio con bioetanol.

19 Se consideró el dólar a $503. Dólar promedio de la tercera semana de octubre del 2007 según la página

web del banco central.

20 Mass Transit - Use of Alternative Fuels in Transit Buses, General Accounting Office, United States

21 Todos los valores mostrados son válidos a octubre de 2007.

37

Tabla 2.8. Cifras que caracterizan el escenario de bioetanol para Copec en el 2010.

m3 Consumo gasolina 2010 3.300.000

Despacho Copec 2010 1.650.000

Reemplazo 5% 82.500

Reemplazo 10% 165.000

Fuente: Elaboración propia

En el anexo 1 se muestra un documento en consulta pública expuesto en la página

web de la Comisión Nacional de Energía (CNE), donde se presenta una norma de

calidad tentativa para el bioetanol chileno. En este documento se acota el porcentaje

de mezcla de bioetanol con gasolina en 5%. En comunicación por correo electrónico,

con la Sra. Marlene Sepúlveda Cancino, profesional del área de hidrocarburos de la

Comisión Nacional de Energía, se informó que el documento definitivo, que está

próximo a hacerse oficial, no tiene cambios sustanciales con lo expuesto en el archivo

a consulta. Por lo que se puede suponer que la mezcla definitiva será la expuesta ahí.

Esto hace fijar la capacidad de la planta que estudiará este proyecto en 80.000

m3/año de bioetanol producido para ser mezclado con gasolina al 5%.

2.5.2. Porcentaje mezcla

Una variable que acota el porcentaje de mezcla gasolina-bioetanol, expuesta por la

Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA) en el Workshop “Biocombustibles,

uso del etanol en Chile”22, es la limitante ambiental en este tema, por ser el bioetanol

un compuesto oxigenado, aumenta la cantidad de oxígeno presente en el combustible

mezclado. Este aumento se podría traducir en un incremento de algunos compuestos

clasificados como contaminantes, emitidos tras la combustión, situación que atenta

contra la planificación ambiental de nuestro país donde se intenta mantener o reducir

las emisiones vehiculares de cualquier sustancia nociva para el medioambiente.

La norma chilenas fija la cantidad de oxigenados presentes en las gasolinas en 2% p/p.

Este valor se alcanza en la actualidad adicionando DIPE (di isopropileter) a la gasolina

recién refinada por ENAP. La propuesta de la CONAMA apunta a reemplazar este

22 Organizado por la CNE. Efectuado el 17 y 18 de octubre de 2007 en Hotel Director de Vitacura, Santiago,

Chile.

38

aditivo por bioetanol, restringiéndose la mezcla a no sobrepasar la cantidad de

oxigenados permitidos por la norma de gasolinas.

El etanol contiene 34,8% p/p de oxígeno, al mezclarse la gasolina con 5,7% de este

compuesto, se obtendría un producto con un 2% p/p de oxígeno. Esto confirma la

probabilidad mayor de encontrarse con un escenario donde la legislación permita una

mezcla máxima de 5% de bioetanol con las gasolinas tradicionales.

2.6. Análisis de materias primas chilenas

Es importante analizar qué materia prima que se podría utilizar en Chile para generar

un proyecto de la envergadura económica de una planta de bioetanol y si es existen

suelos suficientes como para abastecer la producción anual de dicho combustible. Se

sabe, por estudios anteriormente elaborados23, que el precio del cultivo elegido como

materia prima tendrá la mayor incidencia en los costos variables de la operación de la

planta.

Chile es un país que posee recursos de suelos escasos en comparación a otros países,

pero con altos niveles de productividad. De los 75,6 millones de hectáreas de Chile

continental, sólo 25,2 millones de hectáreas tienen potencial silvoagropecuario:

• Arables: 5,1 millones de hectáreas.

• Aptitud ganadera: 8,5 millones de hectáreas.

• Aptitud forestal: 11,6 millones de hectáreas.

De estas 5,1 millones de hectáreas arables, existen 1,8 con riego, 1,3 potencialmente

regables y 2,0 de secano24.

En cuanto a los cultivos anuales y su distribución en el país, en la tabla 2.9 se incluye

la distribución histórica de los posibles cultivos que figuran como materias primas para

la producción de etanol. Como se aprecia en estas cifras, los cultivos seleccionados se 23 Acevedo Edmundo “BIOENERGIA: Un desafío para Chile”, 2006.

24 ODEPA “Comité público-privado de bioenegía”, 2006.

39

ubican mayoritariamente en la zona centro-sur a sur del país, representando en

promedio más del 50% de la superficie sembrada por cultivo.

Tabla 2.9. Distribución histórica de potenciales cultivos para bioetanol

Superficie [ha] Cultivos

Promedio

2001-2005

Promedio

2005-2006

Participación Promedio en

superficie total de cultivos anuales [%]

Regiones que

desarrollan el cultivo

Centro de gravedad de producción

Trigo 419.120 314.720 51 IV a X IX – 38%

Avena 97.374 90.190 12 V a X IX – 48%

Maíz 106.518 123.560 13 V a VIII VI – 57%

Papa 59.078 63.200 7 IV a X IX – X – 60%

Remolacha 36.514 27.670 4 VI a X VIII – 52%

Fuente: ODEPA con información del Instituto Nacional de Estadística.

Asimismo, se observa que los promedios del último quinquenio experimentaron

disminuciones del área sembrada en los cultivos (con la sola excepción de maíz y la

papa, que tuvieron una leve alza).

2.6.1. Análisis de prefactibilidad acotando suelo disponible

De acuerdo a estimaciones preliminares efectuadas por ODEPA, existirían en el país

cerca de 170.000 hectáreas susceptibles de ser cultivadas para la producción de

biocombustibles. Esta superficie fue estimada considerando la evolución y el uso actual

de suelos de los cultivos anuales para la producción destinada a la alimentación

humana y animal25.

En la tabla 2.10 se muestra el suelo disponible para la producción de los diferentes

cultivos mostrados en la tabla anterior (con excepción de la papa, para el que no se

pudo obtener la información) y la cantidad de materia prima generada a partir de ellos.

Es importante destacar que estas cifras fueron extraídas de un informe oficial de

ODEPA26 y que corresponden a superficies adicionales a las que en la actualidad se

25 “Comité Público – Privado de Bioenergía”, Informe preliminar, ODEPA, Depto. Políticas Agrarias

26 “Comité Público – Privado de Bioenergía”, Informe preliminar, ODEPA, Depto. Políticas Agrarias, Unidad

de Bioenergía

40

están utilizando para la agricultura y ganadería. La cantidad de bioetanol generable a

partir de la materia prima mostrada en la tabla 2.10 se observa en la tabla 2.11.

Tabla 2.10. Superficie potencial para algunos cereales y la producción asociada a ella.

Fuente: ODEPA con información del Instituto nacional de estadística (INE)

Tabla 2.11. Bioetanol producible a partir del suelo potencial destinado a biocombustibles

Cultivos Producción bioetanol [m3]

Trigo 90.000

Avena 33.000

Maíz 189.000

Remolacha 80.000

Fuente: ODEPA con información del Instituto nacional de estadística (INE).

Es preciso señalar que estas cifras sólo incluyen el uso de grano industrial o en el caso

de remolacha su raíz, por lo que si se consideraran los rastrojos de las cosechas estas

producciones se pueden incrementar.

Según los resultados mostrados en la tabla 2.11, es factible, considerando la necesidad

de producir 80.000 m3 de bioetanol, el uso de cualquiera de los cultivos analizados con

excepción de la avena. El caso de la remolacha es crítico, pues deberían utilizarse

todas las tierras disponibles para abastecer una potencial planta de bioetanol, por este

motivo tampoco sería apto este cultivo

2.6.2. Análisis de factibilidad comparando precios de los cultivos

En el análisis de prefactibilidad se determinó que la avena y la remolacha no eran

cultivos que contaran con el suficiente suelo para abastecer la planta que se pretende

estudiar. Este razonamiento arrojó como candidatos al trigo y el maíz.

Cultivos Superficie [ha] Materia prima [miles ton]

Trigo 50.000 250

Avena 20.000 100

Maíz 30.000 450

Remolacha 10.000 1000

41

El segundo análisis estudiará desde el punto de vista económico la conveniencia del

trigo o maíz como materia prima del proyecto.

En la tabla 2.12 se muestran los precios promedio de la tonelada de cultivo para el

2006. Este valor es el transado por compradores mayoristas en el rubro del agro, sin

incluir el costo del traslado del cereal desde la chacra hasta el lugar donde se requiera

utilizar.

Se estableció como parámetro el valor de la materia prima necesaria para producir 1

litro de bioetanol en Chile. Estos valores fueron obtenidos utilizando los rendimientos,

en litros de etanol producido por tonelada de materia prima, mostrados en la tabla

2.13.

Tabla 2.12. Precio de los potenciales cultivos

Fuente: www.odepa.cl27

Tabla 2.13. Rendimiento de etanol por tonelada de cultivo

Cultivos Rendimiento [lt

etanol/ton] Trigo 360 Maíz 420

Fuente: www.odepa.cl

Se obtuvieron las siguientes cifras para el costo de la materia prima necesaria para

producir 1 litro de bioetanol:

Tabla 2.14. Costo de materia prima para producir 1 litro de bioetanol

Cultivos Precio [US$/ton] Trigo 0,68 Maíz 0,49

27 Estos datos fueron extraídos de la página en agosto de 2007

Cultivos Precio cultivo [US$/ton]

Trigo 243

Maíz 204

42

Fuente: www.odepa.cl

En la tabla 2.14 se observa que el precio de la materia prima necesaria para generar 1

litro de etanol es considerablemente más elevado (US$ 0,19 más alto) para la opción

del trigo.

Considerando el parámetro elegido para hacer un segundo análisis de factibilidad, se

puede concluir que el maíz es el cultivo más adecuado para ser usado como materia

prima de una planta productora de 80.000 m3/año de bioetanol en Chile.

43

CAPÍTULO 3: Estudio técnico

3.1. Generalidades

Básicamente, el etanol se puede obtener por dos vías alternativas, una de síntesis, a

partir de hidrocarburos derivados del petróleo; y otra por vías de fermentación a partir

de carbohidratos existentes en la naturaleza; en este último caso, el producto obtenido

lleva por nombre bioetanol.

El bioetanol puede obtenerse a partir de tres clases de materias primas:

• Materiales sacaroides como azúcar de caña, remolachas y jugos de frutas.

• Materiales que contienen almidón como los cereales (maíz, malta,

cebada, avena, centeno, trigo, arroz, sorgo y otros), papas, girasol, yuca,

entre otras.

• Materias celulósicas como la madera y los residuos de fabricación de pulpa

de papel.

3.1.1. Posibilidades del bioetanol como combustible

Desde el punto de vista técnico, el etanol es adecuado como combustible, pues sus

propiedades, tales como el poder antidetonante y el elevado calor latente de

evaporación, lo catalogan como mejor que la gasolina en varios aspectos, inclusive por

emitir menor cantidad de contaminantes.

Desde el punto de vista económico, el etanol está siendo producido por varios países

en el mundo a costos competitivos con los precios actuales del crudo.

Desde el punto de vista estratégico es muy ventajoso, pues se trata de un combustible

obtenido a partir de fuentes renovables. Se ha demostrado que es posible la

sustitución de hasta un 15% en mezcla gasolina-etanol sin tener que efectuar

transformaciones importantes en el motor ni el resto del equipamiento del vehículo28.

28 Vilajuana Jaime, “Evaluación técnico-económica y anteproyecto de una planta de etanol por fermentación

y su uso como combustible”, 1981.

44

3.1.2. Sustancias de interés primario

Las sustancias que son de interés en la materia prima para la producción de bioetanol

son los hidrocarburos, también denominados sacaroides o simplemente azúcares.

Estos pueden ser simples (glucosa) o más complejos (celulosa), posibilitando

diferentes opciones para su uso.

Los principales azúcares presentes en los vegetales pueden ser clasificados en:

• Sustratos fermentables: Son posibles de fermentar en presencia de levaduras

para obtener etanol directamente de ellos.

• Sustratos no fermentables directamente: Para sufrir fermentación

alcohólica necesitan ser degradados a azúcares más simples susceptibles de

fermentar. Este tratamiento previo se llama hidrólisis o sacarificación.

Los azúcares se pueden clasificar según el número de hexosas poseen en:

a) Monosacáridos: Fórmula general C6H12O6. Los principales son la glucosa o

dextrosa y la fructosa. Son también denominados hexosas.

b) Disacáridos: Fórmula general C12H22O11. Los principales son la sacarosa y la

maltosa que son fermentables por la levadura alcohólica. La sacarosa está

constituida por una unidad de glucosa y una unidad de fructosa.

c) Trisacáridos: Fórmula general C18H32O16. Este grupo está representado

principalmente por la rafinosa, que no es fermentable.

d) Polisacáridos: Fórmula general (C6H10O5)n. Son constituidos por cadenas de

hexosas. No son fermentables.

Dentro de los polisacáridos se destacan el almidón, la dextrina y la celulosa.

En particular el almidón es una sustancia formada por dos tipos de moléculas:

Amilosa, formada por 200 a 1000 unidades de glucosa, con uniones alpha

1-4, con estructura lineal.

Amilopectina, formada por 900 a 1300 unidades de glucosa, con uniones

alpha (1-4) y alpha (1-6), con estructura ramificada.

45

En la figura 3.1 se muestran gráficamente ejemplos de pentosas y hexosas.

Figura 3.1. Hexosas y pentosas

Fuente: Solomons, G. “Fundamentals of Organic Chemistry”

Figura 3.2. Estructura molecular amilosa y amilopectina

Fuente: “Biocombustibles: Producción de bioetanol” Dra. Carolina Parra, Centro de Biotecnología, Universidad de Concepción

Pentosa Hexosa Hexosa

Enlace alpha (1-4)

Enlace alpha (1-6)

46

En la figura 3.2 se muestra la estructura molecular de los dos componentes del

almidón: la amilosa y la amilopectina, indicando sus enlaces característicos. El almidón

que se encuentra en la naturaleza, en vegetales como el maíz, presenta generalmente

cerca de 80% de Amilosa y 20% de Amilopectina29.

3.1.3. El maíz

Según lo expuesto en el capítulo anterior, existen suelos suficientes como para

abastecer la producción de 189 millones de litros de etanol. Los suelos aptos para este

cultivo son los de las regiones V, VI, VII y VIII, figurando con el 57% de la producción

del cultivo la región del libertador Bernardo O’Higginis en el 2006.

Tabla 3.1. Composición másica del maíz chileno

COMPOSICIÓN MAÍZ

Especie Fracción

másica [% p/p]

Almidón 62,1

Celulosa/Hemicelulosa 8,7

Proteína 8,0

Aceite 3,7

Azúcares 1,6

Ceniza 0,9

Agua 15,0

Fuente: “Biocombustibles: Producción de bioetanol” Dra. Carolina Parra, centro de biotecnología,

Universidad de Concepción.

El maíz es un cultivo adecuado para la generación del biocombustible, pues se destaca

por no requerir rotación de cultivo en el uso de suelos, así como también por la

posibilidad de almacenamiento de una temporada a otra, evitando el problema de

estacionalidad de los vegetales. Según el Ingeniero agrónomo Patricio Cavieres,

miembro de la unidad de biocombustibles del Colegio de Ingenieros Agrónomos es

posible su almacenamiento si es que se asegura una humedad inferior al 15%. En la

tabla 3.1 se puede observar la composición másica del maíz que será usado como

materia prima del proceso.

29 Vilajuana Jaime, “Evaluación técnico-económica y anteproyecto de una planta de etanol por fermentación

y su uso como combustible”.

47

3.1.4. Desdoblamiento hidrolítico

Los polisacáridos como el almidón presente en el maíz o la celulosa presente en los

residuos forestales constituyen la principal fuente de glucosa para la fermentación del

proceso productivo de bioetanol. Ambos compuestos deben ser degradados por

enzimas específicas (almidón) o por hidrólisis ácida (celulosa).

La degradación enzimática del almidón a glucosa se puede realizar a través de dos

vías:

• Desdoblamiento hidrolítico por la enzima amilasa hasta obtener cadenas de

polisacáridos (dextrina) compuestos por 6 a 7 unidades de glucosa, para

posteriormente ser degradadas por la enzima glucoamilasa hasta obtener

glucosa como monosacárido.

• Desdoblamiento fosforolítico por enzimas fosforilasas con la formación de

glucosa-6-fosfato. Este mecanismo es menos común que el anterior en la

industria del etanol.

Para efectos de este proyecto, se seleccionó el desdoblamiento hidrolítico, por la vasta

experiencia en el uso de esta metodología de la industria norteamericana del etanol a

partir de maíz.

Las enzimas amilasas que participan en este proceso pertenecen a la categoría de las

enzimas hidrolasas que provocan la hidrólisis en enlaces glucosídicos. Existen dos tipos

de amilasas, la alpha-amilasa y la beta-amilasa que se diferencian en el modo de

desdoblar la molécula de almidón.

• La primera corresponde a una endoenzima, ya que actúa sobre los enlaces α

(1-4) glucosídicos, formando oligosacáridos en forma de dextrinas. Cuando

existen cadenas laterales de unión α (1-6) de amilopeptina la acción de esta

enzima ocurre sólo sobre los enlaces α (1-4), la unión 1-6 se conserva. Bajo

una acción prolongada de alpha-amilasa se desdobla todo el polisacárido a

maltosa.

• La beta-amilasa puede efectuar desdoblamiento de la amilosa y la amilopeptina

sólo a partir de los extremos no reductores de estas moléculas, separándose

cada vez dos unidades de glucosa en forma de maltosa. Ésta es una

“exoenzima” que tampoco puede desdoblar los enlaces α (1-6) de amilopeptina.

48

Es por este motivo que las moléculas de amilopeptina sólo pueden ser

degradadas parcialmente por las amilasas.

Hay isoamilasas que desdoblan específicamente las uniones (1-6), generando la

degradación de la maltosa a 2 moléculas de glucosa. La enzima seleccionada para esta

etapa es la glucoamilasa. Durante este proceso ocurre una reacción que transfiere el

protón (H+) y el grupo hidroxilo (OH) originarios de una molécula de agua al romper

cada enlace glucosídico del disacárido30. La hidrólisis del almidón puede resumirse en

la siguiente expresión:

��6��10��5�+ ��(��2��) ��−��

��

�� 6��12��6

3.2. Proceso productivo

Para la producción de etanol a partir de maíz se utilizan dos métodos primarios:

molienda seca y molienda húmeda. Ambos procesos incluyen los mismos pasos,

diferenciándose por la preparación del grano para la molienda. La elección de uno u

otro dependerá del nivel de inversión y de la cantidad de coproductos que se desee

obtener. El proceso de molienda húmeda presenta mayor nivel de inversión, mayor

cantidad de coproductos y menor rendimiento de la materia prima con respecto al

etanol; por otro lado, el proceso de molienda seca se asocia a una inversión menor,

menores cantidades de coproductos y mayor rendimiento de la materia prima con

respecto al etanol generado. Considerando las características de este proyecto, será

fundamental reducir el nivel de inversión y dar prioridad a la generación del producto

deseado, que en este caso es el etanol, por estos motivos se seleccionó el proceso de

molienda seca. Del proceso de molienda seca, además de etanol, se obtiene dióxido de

carbono y grano destilado seco y soluble (DDGS) que es un alimento de alta calidad

para el ganado, pues contiene un alto contenido de proteínas y grasas.

Del proceso de molienda húmeda, junto con el etanol, se obtiene aceite de maíz,

“gluten feed”, “gluten meal” y dióxido de carbono.

30 “BIOENERGÍA: Un desafío para Chile”, Edmundo Acevedo

49

3.2.1. Molienda seca

La molienda seca es un proceso de producción que extrae el almidón contenido en el

maíz31. Se puede dividir en los siguientes pasos la línea central del proceso:

1. Almacén de materias primas: La materia prima, maíz, será transportada

hasta la planta por medio de movilización terrestre.

El maíz recibido deberá ser recogido en tolvas de recepción desde las que se

llevará por medio de transportes de cadena a los silos de almacenamiento hasta

los puntos de recepción de la planta.

2. Molienda: El proceso comienza con la limpieza del grano de maíz, que ya

limpio, pasa a través de molinos tipo martillo, que lo convierten en un polvo

fino: harina de maíz. En términos generales, se debe conseguir un tamaño de

partícula donde el 90% de ellas posea un diámetro promedio entre 0,5 mm y 1

mm el 10% restante debería contar con un diámetro inferior a 0,5 mm según lo

mencionado en la literatura.

3. Transformación del almidón a azúcares simples: Se somete la harina de

maíz obtenida en la molienda a una etapa de pre-cocción, donde en una

primera etapa se agrega agua hasta obtener una mezcla de entre 20 a 40% en

masa de maíz. El agua utilizada es generalmente agua que viene reciclada de

otras unidades del proceso. Luego viene la etapa de cocción, donde la mezcla

es sometida a temperaturas que pueden llegar hasta los 160ºC, con el fin de

solubilizar los gránulos de almidón. Luego viene la etapa de licuefacción,

donde la mezcla es sometida a temperaturas de 90ºC, posteriormente se le

suministra un contenido entre 0,04% y 0,06% de α-amilasa, donde como

producto se obtienen dextrinas y pequeñas cantidades de glucosa. Luego se

inicia la etapa de sacarificación, donde la temperatura es reducida a los 60ºC

y se adiciona una cantidad variante entre 0,06 a 0,12% de glucoamilasa.

Posteriormente el mosto deberá ser enfriado hasta alcanzar entre 30°C y 35°C

para comenzar la siguiente etapa.

31 Toda la información relacionada con la elección de la forma de desarrollo del proceso fue extraída de la

recopilación bibliográfica para el primer seminario- Taller de biocombustibles BIOETANOL BIODIESEL 2007

en Bogotá, Colombia en abril del 2007.

50

4. Fermentación: La fermentación se realiza en ausencia de oxígeno. El mosto

enfriado proveniente de la sacarificación, se introduce en tanques para su

fermentación mediante la adición de levaduras específicas. Primero se lleva el

mosto a un prefermentador. Es necesario añadir al mosto inoculado nutrientes

para favorecer el crecimiento de las levaduras, manteniendo la temperatura por

debajo de los 32ºC.

El proceso es realizado con flujo en cascada pasando primero por un grupo de

fermentadores conectados en serie.

El proceso se efectúa de forma continua, hasta que las levaduras hayan

transformado el azúcar disponible en alcohol. Así se obtiene una mezcla de

contenido alcohólico aproximado del 12%.

Saccharomyces cerevisae ha sido el microorganismo más ampliamente

utilizado. Se asumirá que el proceso se llevará a cabo en fermentadores

perfectamente agitados ubicados en serie. La levadura va a ser adicionada sólo

en el primer tanque, ya que al inicio del proceso irán pasando a los sucesivos

tanques a medida que vaya escurriendo el flujo por las distintas cubas. Se

modelará esta etapa considerando las particularidades operacionales de una

cepa tolerante al etanol, es decir, la inhibición al producto será lo más reducida

posible.

Una de las claves principales para el éxito del proceso va a ser mantener un

nivel de células de Saccharomyces alto para tener una rápida fermentación.

El riesgo de contaminación en el proceso existe ya que las bacterias

acidolácticas están siempre en la naturaleza, debido a que el proceso industrial

de fermentación no es aséptico, sin embargo, debido a que en etapas anteriores

el flujo fue sometido a temperaturas relativamente altas, esta probabilidad es

reducida. Para mantener un control sobre la población bacteriana se deberá

tener el pH en un rango de 4 a 6. En los tanques almacenadores de la levadura

se mantendrá siempre buenos niveles de oxígeno, lo que asegurará un rápido

crecimiento de la población de levaduras.

Para el CO2 generado en la fermentación existe la posibilidad de separarlo, por

medio de una columna de adsorción.

51

Destilación: El mosto se destila en más de una etapa. En ellas se utiliza

además de vapor, el calor residual de otras. El puré fermentado contiene en

promedio un 12% de alcohol, así como todos los sólidos no fermentables del

maíz y de la levadura. El puré es bombeado a flujo continuo a la columna de

destilación (puede ser más de una puesta en serie), donde la cerveza hierve,

separándose el alcohol etílico de los sólidos y el agua. El alcohol deja la

columna de destilación por la parte superior, con un 95% aproximadamente de

pureza, mientras que el puré de residuo, llamado “stillage”, lo hará por la parte

inferior, para posteriormente ser transportado para su tratamiento como

coproducto.

5. Deshidratación: La destilación da lugar siempre a una mezcla de un máximo

de 96% de etanol y 4% de agua. Esto se conoce como mezcla azeotrópica. El

4% restante de agua se puede quitar de la mezcla con óxido de calcio o

mezclándose con benceno, obteniéndose etanol anhidro. Ambos casos

aumentan el costo energético de producción, además de que el benceno es

también altamente tóxico y cancerígeno. Los poros de los tamices moleculares

son permeables al agua, pero no al etanol, ya que las moléculas de agua

poseen un diámetro menor a los caminos intersticiales de los tamices. Estos

tamices tienen un tamaño promedio de 3Å (3*10-8 cm) y tienen la capacidad

de realizar separaciones de mezclas etanol-agua en fase líquida o fase vapor32.

Las nuevas técnicas de purificación implican el uso de zeolitas, que con su

estructura pueden absorber y quitar el agua de la mezcla final. Los tamices

moleculares son materiales granulados y rígidos, en forma esférica o cilíndrica.

Para elaborarlos se emplean aluminosilicatos de potasio, así como zeolitas o

resinas. Esta alternativa que implica considerables ahorros energéticos que sus

procesos alternativos, además de evitar el uso de sustancias tóxicas.

6. Desnaturalizado: El etanol que será usado como combustible, se debe

desnaturalizar agregando un 2% de gasolina, y de esta forma hacerlo no apto

para el consumo humano, evitando el pago de impuesto a los alcoholes.

7. Coproductos: Existen dos coproductos principales en el proceso productivo del

bioetanol: el dióxido de carbono y los granos destilados secos solubles. El

32 Lyon et al, 1995, 234

52

dióxido de carbono se obtiene en grandes cantidades durante la fermentación.

Para capturarlo, se recoge, se limpia de cualquier alcohol residual, se comprime

y vende para ser usado como gasificante de bebidas gaseosas o para congelar

en forma de hielo seco.

Los granos destilados secos con solubles se obtienen del “stillage”, el que se

centrifuga para separar los sólidos suspendidos del proceso de destilación. Los

sólidos disueltos se concentran con un evaporador y después se envían a un

sistema de secado para reducir el contenido de agua a aproximadamente un

12%. Se concentra el aceite, proteína y nutrientes del maíz original,

constituyendo un tercio del peso original del maíz33.

Según la experiencia extranjera, de una tonelada de maíz debiera producirse

409,84 litros de etanol, 321,44 kg de granos destilados secos solubles y 321,44

kg de CO234

.

33 “Agroenergía, un desafío para Chile” Edmundo Acevedo, Stgo, Chile, 2006

34 US NCGA, 2004. National Corn Growers Association (NCGA)

53

3.3. Diagrama de Bloques

A continuación se presenta el diagrama de bloques del proceso descrito en el análisis

3.2.1:

Figura 3.1. Diagrama de bloques del proceso productivo de etanol pro molienda seca

Grano Maíz

seco

LicuefacciónMolienda Sacarificación

Fermentación

Configuración Evaporación

Secado

DDGS(Granos secos solubles)

CO2

Destilación

Deshidratación

Desnaturalización

Etanol 12%

Etanol 96%

Etanol 99%

Etanol desnaturalizado


3.4. Tiempo de residencia en los reactores

Será de vital importancia conocer el tiempo de residencia de los reactores, para poder

calcular el efecto de las reacciones sobre la cantidad de producto deseado, es decir,

para la confección de los balances de masa asociados a estos últimos. Se analizará una

metodología para definir dicho parámetro de diseño.

54

Suponiendo reactores de perfectamente agitados (CSTR) por simplicidad operativa, al

plantear el balance de materia éste queda de la siguiente forma35:

��

��= ��0 − ��

��

��− (−��) ��

3.4.1. Cinética de crecimiento celular

En el caso de una cinética de crecimiento celular, como lo es la etapa de fermentación

de este proceso, el balance de materia quedaría de la siguiente forma si se utiliza la

ecuación de Monod:

��

��= ��0 − ��

��

��+��

�� + ��

Donde:

P y P0 son las concentraciones de producto en el flujo de salida y entrada del reactor, respectivamente. Para la fermentación alcohólica, que es parte del proceso descrito en este proyecto, el producto corresponde a etanol.

F es el flujo volumétrico. Es constante en el tiempo e igual en la entrada y salida del reactor.

S es la concentración del sustrato limitante en el flujo de salida del reactor. Para la fermentación alcohólica, el sustrato limitante corresponde a glucosa. Pues las otras fuentes serán adicionadas al proceso en la medida en que sea necesario para poder favorecer el crecimiento de las levaduras.

V es el volumen del reactor.

µmax es la velocidad específica máxima de crecimiento.

KS la constante del sustrato

t es la variable tiempo.

Cuando el reactor alcance su estado estacionario, la variación de la concentración de

producto será despreciable:

35 Para entender la cinética de la reacción, ir a Anexos 2.

��

��= 0

55

Lo que implica:

0 = ��0 − ��

��+��

�� + ��

Despejando la ecuación se puede obtener el tiempo de residencia asociado al reactor:

��=��

��=

�� − ��0�� + ��

��

Donde: Pee es la concentración de producto en el flujo de salida para el estado estacionario.

See es la concentración de sustrato en el flujo de salida del reactor para el estado

estacionario.

3.4.2. Cinética de reacciones enzimáticas

En el caso de una cinética de reacción enzimática, la enzima juega un rol de

catalizador, es decir, afecta la velocidad de reacción sin alterar el equilibrio y sin

experimentar ella misma cambio alguno. Reduciendo la energía de activación necesaria

para dar curso a la reacción en sí. Para este caso el balance de materia quedaría de la

siguiente forma si se utiliza la ecuación de Michaelis-Menten:

��

��= ��0 − ��

��

��+��

�� + ��

Donde:

P y P0 son las concentraciones de producto en el flujo de salida y entrada del reactor, respectivamente. Para la hidrólisis enzimática, que es parte del proceso descrito en este proyecto, el producto corresponde a glucosa.

F es el flujo volumétrico. Es constante en el tiempo e igual en la entrada y salida del reactor.

CA es la concentración del reactante A en el flujo de salida del reactor, lo que es análogo al sustrato. Para la hidrólisis enzimática de este proyecto, el sustrato corresponde al almidón.

V es el volumen del reactor.

56

��

��= 0

0 = ��0 − ��

��+�� + ��

��

νmax es la velocidad máxima de reacción a concentración infinita de sustrato.

Km la constante Michaelis para el sustrato

t es la variable tiempo.

Para el proceso productivo del etanol, la sacarificación y licuefacción son etapas que

tienen asociada una cinética de reacción enzimática.

Cuando el reactor alcance su estado estacionario, la variación de la concentración de

producto será despreciable:

Lo que implica:

Despejando la ecuación se puede obtener el tiempo de residencia asociado al reactor:

��=��

��=

�� − ��0�� + ��

��

Donde: Pee es la concentración de producto en el flujo de salida para el estado estacionario.

CAee es la concentración del reactante A (almidón) en el flujo de salida del reactor para

el estado estacionario.

3.4.3. Tiempos de residencia

Luego, para poder obtener el tiempo de residencia será necesario conocer las

concentraciones en el estado estacionario tanto del los productos como de los

sustratos y reactantes, valores que complican el cálculo del parámetro.

57

Para efectos de este proyecto se propone utilizar tiempos de residencia provenientes

de la literatura36, específicamente de simulaciones donde se opera a condiciones

similares a las que la planta de este proyecto lo hace. Estos tiempos son los

siguientes:

Tabla 3.2. Tiempos de residencia y tasa de dilución asociada a la licuefacción, sacarificación y

fermentación

Etapa del proceso Tasa de dilución [1/h] Tiempo de residencia [h]

Licuefacción 4 0,25

Sacarificación 0,2 5

Fermentación 0,015 68

Fuente: Kwiatkowski et al, 2005.

3.5. Balances de masa

Los balances de masa desarrollados comprenden exclusivamente las operaciones

unitarias que forman parte del la línea central del proceso. El análisis de los flujos de

los sistemas auxiliares y de tratamientos de coproductos se hará en base a una

propuesta generada por empresas extranjeras especializadas en la venta y operación

de plantas de bioetanol.

3.5.1. Transformación de almidón a azúcares simples y fermentación

Transformación de azúcares:

• Pre-cocción: En etapa se forma una mezcla en de 70% de agua y 30% de harina

de maíz.

• La enzima alpha-amilasa se introducirá al proceso a una concentración de

0,082% (p/p) y en un porcentaje de 0,05% en peso con respecto a la mezcla

harina de maíz-agua.

36 Kwiatkowski et al, 2005.

58

• La enzima glucoamilasa se introducirá al proceso a una concentración de 0,11%

(p/p) y en un porcentaje de 0,09% en peso con respecto a la mezcla harina de

maíz-agua.

Para modelar esta operación, será necesario conocer la forma de ν37 para las

condiciones de operación más cercanas a las que efectivamente podría alcanzarse en la

planta operando en estado estacionario. Sin embargo, en la actualidad es difícil

conocer el valor de este parámetro, pues los laboratorios elaboran enzimas cada vez

más eficientes en la aceleración de la degradación de las cadenas de azúcares. La

actividad de estas enzimas no sólo dependerán del PH y temperatura a la que operen,

la concentración a la que se preparen y la concentración del almidón influyen en el

valor final de la actividad resultante.

Se sabe que de utilizarse las enzimas a las concentraciones antes señaladas y

respetando los rangos de operación de la tabla 3.3, se debería obtener un 99 % de

eficiencia en cuanto a la cantidad de almidón que es exitosamente transformado en

glucosa38.

Tabla 3.3. Rangos de operación que maximizan la actividad de las enzimas

Enzima Rango PH Rango Temperatura [°C]

Alpha-amilasa 5,5 – 7,0 Mayor o igual a 90

Glucoamilasa 5,0 – 6,0 58 - 60

Fuente: Fichas de productos de la página web del laboratorio chino Alibaba (http://enzyme.en.alibaba.com/)

Los cálculos asociados a la operación anteriormente descrita, considerando lo expuesto

en la tabla 3.3, se pueden consultar en el anexo 10

Fermentación

Se consideró un tiempo de residencia de 68 horas, un sistema isotérmico a 33,5°C y la

utilización de la levadura Saccharomyces Cerevisiae inoculada al 3% p/p, además de

una conversión de los azúcares fermentables del 90%.

37 Este parámetro se describe en anexo 2.

38 Kwiatkowski et al, 2005.

59

Para resolver el balance de masa se tuvo que desarrollar el siguiente análisis:

Análisis de fermentación como reacción:

A pesar de su complejidad y de que existen miles de reacciones intracelulares, el

crecimiento de las células obedece a la ley de conservación de la materia. Todos los

átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos consumidos

durante el crecimiento se incorporan a las nuevas células o se expulsan como

coproductos. Si los únicos coproductos extracelulares formados son CO2, H2O y

C2H5OH; como es el caso de la fermentación alcohólica del etanol, el crecimiento

aerobio de las células puede escribirse mediante la siguiente ecuación39:

C6H12O6 + b NH3 � c C H1,83 O0.56N0.17 + d CO2 + e H2O + f C2H5OH

Para poder conocer el comportamiento de esta etapa del proceso, será necesario

conocer los coeficientes estequiométricos b, c, d, e y f. Para ello se establecerán los

balances elementales:

Balance de N: b= 0,17 c (1)

Balance de H: 3 b +12 = 1,83 c + 2 e + 5 f (2)

Balance de C: 6 = c + d + 2 f (3)

Balance de O: 6= 0,56 c + 2 d + e + f (4)

Además, se sabe que para la fermentación con Saccharomyses cerevisiae el

rendimiento aproximado de biomasa con respecto al consumo de substrato es40:

39 Doran Pauline, “Principios de ingeniería de los bioprocesos”

40 El rendimiento de biomasa con respecto al sustrato fue obtenido de: Escamilla María de Lourdes y otros

“Fermentación alcohólica”

glucosa amoniaco levadura dióxido agua etanol Saccharomyces de carbono c Cerevisiae

��

= 10,5 ��

��

60

��

= 0,417 ��

��

Lo que es equivalente a decir:

Donde X es la concentración de biomasa o levadura y S es la concentración de

sustrato, para este caso glucosa, del sistema.

El valor mostrado para YX/S está calculado para un cultivo de producción alcohólica que

se inocula 3-5% (v/v) del caldo del inóculo, con aproximadamente 1* 106 UFC m/l y en

condiciones anaerobias que respeten el siguiente rango:

�0 − 0,5� �� 2

��

Al resolver el sistema formado por las ecuaciones (1), (2), (3), (4) y el valor de YX/S se

obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 3.4. Valores de los factores estequiométricos de la fermentación alcohólica del etanol

Parámetro Valor

b 0,071

c 0,417

d 1,538

e 0,668

f 2,02

Fuente: Elaboración propia.

Con los valores presentados en la tabla 3.4 la reacción queda de la siguiente forma:

C6H12O6 + 0,071NH3 �� 0,417 CH1,83O0.56N0.17 + 1,538 CO2 + 0,668 H2O + 2,02 C2H5OH

En base a literatura se obtuvo que µMAX 41

y KS42 son 0,369 [1/h] y 25 respectivamente

a una temperatura de operación de 33,5°C.

41 Gerald Raymond “Fermentation kinetics and process economics for the production of ethanol”

42 Doran Pauline, “Principios de ingeniería de los bioprocesos”

61

��=0,369 ��

25 + ��ڗ ��=

0,369 ��

25 + ��

��= − ��

= − 0,1 ��

��= ��

��

= 0,05 ��

��

�� = �� − �� 0 + ��

��

�� = �� − �� 0 + ��

Luego, la ecuación de Monod para Saccharomyces Cerevisiae es la siguiente:

Los rendimientos de biomasa con respecto al sustrato y con respecto al producto,

están en unidades másicas y fueron sacados de la literatura43.

Los balances por especie (no se utilizaron en los cálculos finalmente, porque se

utilizaron la conversión de la reacción, datos entregados por proveedores de enzimas,

los factores estequiométricos y los tiempos de residencia):

Biomasa

Sustrato

Producto

Donde P0, P, S0, S, X0 y X son respectivamente la concentración del producto en la

entrada del reactor, concentración del producto en la salida del reactor, concentración

del sustrato en la entrada del reactor, concentración del sustrato en la salida del

reactor, concentración de biomasa a la entrada del reactor y concentración de biomasa

43 Escamilla María de Lourdes y otros “Fermentación alcohólica”

��

�� = �� − �� 0 + �+ ��

62

en la salida del reactor. F es el flujo volumétrico, V es el volumen del reactor y t es el

tiempo.

Se tiene información44 de que si se opera en las condiciones antes mencionadas al

cabo de 68 hrs de operación se tendría una conversión del 90% de los azúcares

fermentables a etanol45.

Resultados

Al ingresar 25 ton/hr de maíz (% másico de especies en tabla 3.1) se obtuvieron

flujos con las siguientes características:

Tabla 3.5. Resultados para balances de masa de transformación almidón-glucosa y fermentación

Transformación

almidón - glucosa Fermentación

Entrada [Ton/h]

Salida [Ton/h]

Entrada [Ton/h]

Salida [Ton/h]

Almidón 15,5 0,2 0,2 0,2 Celulosa/Hemicelulosa 2,2 2,2 2,2 2,2 Proteína 2,0 2,0 2,0 2,0 Aceite 0,9 0,9 0,9 0,9 Azúcares 0,4 0,4 0,4 0,04 Ceniza 0,2 0,2 0,2 0,2 Agua 62,1 60,4 60,4 61,4 Etanol 0 0 0,0 8,13 Alpha-Amilasa 0,013 0,013 0,013 0,01 Glucoamilasa 0,023 0,023 0,023 0,02 Glucosa 0 17,1 17,1 1,71 CO2 0 0 0 5,91 Amoniaco 0 0 0,12 0,012 Levadura 0 0 0,83 1,75


Para mayor detalle de los cálculos realizados para obtener los resultados de la tabla

3.5 consultar anexo 12.

44 Cotización TOMSA S.A.

45 Kwiatkowski et al, 2005

63

Los 8,13 ton/hr de etanol, mostrados en la tabla 3.5, que componen la salida de la

fermentación, podrían ser equivalentes a 247,2 m3/día de etanol al 99%, lo que es

equivalente a producir aproximadamente 81.500 m3/año operando en forma continua

330 días al año.

Los rendimientos calculados definen que para 1 tonelada de maíz se puede conseguir

413,5 litros de bioetanol y 236 kilogramos de CO2. El resto de la materia corresponde a

agua y sólidos.

3.5.2. Destilación

El objetivo de esta operación unitaria es separar el etanol generado en la etapa de

fermentación del resto de los componentes de la mezcla. Para ello se aprovechará la

diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes, especialmente entre el

etanol y el agua, mientras el primero ebulle a 76°C el segundo lo hará a 100°C.

El caldo fermentado contiene cerca del 12% v/v de etanol, así como todos los sólidos

no fermentables del maíz y de la levadura. Este caldo es bombeado en forma continua

a la columna de destilación, donde la mezcla hierve, separándose el alcohol etílico de

los sólidos y el agua. El alcohol deja la columna de destilación con una pureza del 96%

el residuo que contiene los sólidos es transferido desde la base de la columna para su

procesamiento como coproducto.

La destilación de esta mezcla está acotada por el azeótropo, lo que acota la separación

en una concentración de 96% de etanol. A continuación se muestran los resultados del

balance de masa para la destilación medidos en flujos de entrada y salida de la

columna y sus composiciones másicas por especie:

Se consideraron como sólidos todos los componentes que se encuentran en esa fase,

mientras que el flujo llamado agua está mezclado con residuos de enzimas que vienen

de la etapa de transformación de almidón a azúcares.

Según la literatura46 la eficiencia de esta etapa permitiría recuperar el 99,5 % del

etanol producido, sin embargo, para ser un poco más realista, se consideró una

recuperación del 99%.

46 Cotización TOMSA S.A.

64

Resultados

El flujo de entrada de este proceso corresponde al flujo de salida de la fermentación.

Para hacer el balance de masa se supuso que el flujo llamado “Líquidos” contiene una

mezcla homogénea compuesta por el agua, enzimas y glucosa residual proveniente de

la fermentación. En la siguiente tabla se muestran las fracciones másicas que

caracterizan la mezcla antes mencionada.

Tabla 3.6. Caracterización mezcla Líquidos

Caracterización corriente "Líquidos"

Componente Fracción másica

Agua 0,9724

Enzimas 0,0006

Glucosa 0,0270


También se utilizó como supuesto, el rendimiento de 99% del etanol recuperado en la

corriente “Destilado” que corresponde a la cabeza de la columna, mientras que el 1%

restante se uniría al flujo “Stillage”. Por otro lado una condición limitante para los

cálculos fue el azeótropo, que limita la concentración de la cabeza a un 96% de etanol.

Ecuaciones del balance de masa:

Donde:

F, D y S son los flujos másicos de alimentación, destilado y stillage (residuo) de la

columna.

65

Variable Valor [Kg/hr]

F 78.5870,1030,8040,0930,960,04

0

fE, fS, fL son las composiciones másicas del etanol, sólidos y líquidos en el flujo de

entrada de la columna.

dE, dS, dL son las composiciones másicas del etanol, sólidos y líquidos en el destilado

de la columna.

sE, sS, sL son las composiciones másicas del etanol, sólidos y líquidos en el stillage de

la columna.

En la tabla 3.7 se muestran los valores particulares de este problema para el sistema

de ecuaciones del balance de masa. Considerando conocidas estas cifras, el sistema

estaría compuesto de 5 ecuaciones y 5 incógnitas, por tanto tiene solución y ésta es

única. Los resultados obtenidos del desarrollo del sistema de ecuaciones se muestran

en la tabla 3.8 y 3.9, para más detalle del procedimiento, consultar anexo 10.

Tabla 3.7. Variables conocidas para las ecuaciones del balance de masa


Tabla 3.8. Flujos másicos obtenidos para destilación

Flujos destilación [kg/hr]

Entrada Destilado Stillage

Etanol 8.127 8.046 81

Líquidos 63.168 335 62.833

Sólidos 7.291 0 7.291

Total 78.587 8.381 70.206


66

Tabla 3.9. Fracción másica de componentes por flujo de destilación

Fracción másica flujos destilación

Entrada Cabeza Stillage

Etanol 0,103 0,96 0,0012

Líquidos 0,804 0,04 0,895

Sólidos 0,093 0 0,104


Para más detalle de los cálculos efectuados para obtener los resultados mostrados en

las tablas 3.6 y 3.7 consultar anexo 10.

3.5.4. Deshidratación

El flujo de entrada para la deshidratación en el destilado de la columna de destilación

antes descrita. Por eso se conoce el flujo másico de entrada y la composición másica

de cada componente.

La deshidratación continúa con el proceso de separación de agua-etanol sobre el flujo

de cola de la columna de destilación. Se espera obtener un flujo a la salida con 99% de

etanol y 1% de agua47.

Resultados

Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 3.10 y 3.11. Están basados en

ecuaciones que acotan el balance de masa con las condiciones anteriormente descritas.

Tabla 3.10. Flujos másicos obtenidos para deshidratación

Flujos deshidratación [kg/hr]

Entrada Salida Retención

Etanol 8.046 8.046 0 Agua 335 81 254

Total 8.381 8.127 254


47 Porcentajes validados en Acevedo, “Bioenergía: Un desafío para Chile”.

67

Tabla 3.11. Fracción másica de los flujos deshidratación


3.5.5. Desnaturalización

La desnaturalización se llevará a cabo en los camiones que despacharán el

combustible, a través de inyectores. Se consideró un 2% v/v de gasolina 93 octanos y

un 98% v/v de etanol al 99%.

Tabla 3.12. Flujos desnaturalización

Flujos Desnaturalización

Etanol [Kg/hr] 8.127

Etanol [lt/hr] 10.236

Gasolina [lt/hr] 209

Total [lt/hr] 10.445


3.5.6. Resumen entradas y salidas del proceso

A continuación se presenta la tabla 3.13 que muestra un resumen de los flujos de

entrada y salida del proceso para cada especie. En el caso de los DDGS se calculó

como su flujo másico la totalidad de sólidos presentes en la corriente de cola de la

columna de destilación más un 10% de agua48. Estos sólidos están compuestos

principalmente por restos de levaduras, cenizas, proteínas, azúcares no fermentados,

celulosas, entre otros.

Para corroborar cualquier cifra, se propone consultar anexo 10.

48 Acevedo Edmundo, “Agroenergía un desafío para Chile”.

Fracción másica flujos deshidratación

Entrada Salida Retención Etanol 0,960 0,99 0

Agua 0,040 0,01 1

68

Tabla 3.13. Resumen entradas y salidas del proceso

RESUMEN Entradas

Maíz 25 ton/hr

Agua de proceso 58,3 ton/hr

Alpha-amilasa 0,013 ton/hr

Gluco-amilasa 0,023 ton/hr

Levadura 0,83 ton/hr

Gasolina 209 lt/hr

Salidas Etanol desnaturalizado 10.445 lt/hr

Dióxido de carbono 5,91 ton/hr

DDGS (10% humedad) 8,02 ton/hr


3.6. Balances de energía

Los balances de energía se efectuarán para conocer los requerimientos energéticos de

aquellas etapas que lo requieran. Para corroborar cálculos, consultar anexo 10.

En líneas generales se utilizó el siguiente criterio para estimar los requerimientos

energéticos de los sistemas a estudiar:

El calor de los flujos Q, fue estimado utilizando la siguiente expresión:

��= ��

Donde:

Variación Calor en el Calo r en el Calor que Calor que de Calor = flujo de - f lujo de + se - se en el tiempo entrada salida produce remuev e

69

Q es el flujo calórico, ρ es la densidad del flujo, CP es el calor específico del flujo, F es

el flujo másico y T es la temperatura de la corriente.

3.6.1. Cocción

La cocción lleva la mezcla de harina de maíz más agua de 25°C a 160°C.

Tabla 3.14. Flujos de calor Cocción

Cocción Calor entrada

[Kcal/hr] Calor salida [Kcal/hr]

Calor requerido [Kcal/hr]

1.667.367 10.671.147 9.003.780


El calor requerido, mostrado en la tabla 3.14 es el calor necesario para llevar el flujo

de entrada, que está a 25°C, a una temperatura de 160°C.

3.6.2. Licuefacción

En esta etapa se enfría la mezcla de 160°C a 90°C.

Tabla 3.15. Flujos de calor Licuefacción

Licuefacción Calor entrada



10.671.147 6.002.520 -4.668.627


El calor requerido, mostrado en la tabla 3.15 es el calor necesario para llevar el flujo

de entrada de la licuefacción, que está a 160°C, a una temperatura de 90°C.

3.6.3. Sacarificación

En esta etapa se enfría la mezcla de 90°C a 60°C.

Tabla 3.16. Flujos de calor Sacarificación

Sacarificación Calor entrada



6.002.520 4.001.680 -2.000.840


70

El calor requerido, mostrado en la tabla 3.16 es el calor necesario para enfriar la

corriente de entrada de la licuefacción, que está a 160°C, a una temperatura de 90°C.

3.6.4. Antes de fermentar

Para poder tener las mejores condiciones de fermentación, la mezcla debe ser enfriada

hasta los 30°C.

Tabla 3.17. Flujos de calor antes de fermentar

Antes Fermentación Calor entrada



4.047.319 2.023.660 -2.023.660


El calor requerido, mostrado en la tabla 3.17 es el calor necesario para enfriar la

corriente de entrada de la fermentación, que está a 60°C, a una temperatura de 30°C.

3.6.5. Durante fermentación

Hay que remover calor para mantener la temperatura constante en 33,5°C, pues la

fermentación es una reacción exotérmica. Se utilizó un calor de reacción igual a

∆HRXN=286,8 Kcal/Kg etanol producido49.

Tabla 3.18. Flujos de calor durante fermentación

Fermentación Calor entrada


Calor generado [Kcal/hr]

Calor a remover [Kcal/hr]

2.023.660 2.259.753 2.506.257 -2.742.351


El calor a remover corresponde a aquel que se extraerá del fermentador, con ayuda de

una chaqueta donde circulará un fluido enfriador.

49 Documento de apoyo taller de tecnologías de producción de bioetanol. Taller de biocombustibles, Bogotá,

Colombia, 2007

71

3.6.6. Destilación

La temperatura a la que se debe llevar la mezcla en la columna para la separación es

97,6°C50, se supuso alimentación fría. A la temperatura señalada, los calores latentes

del etanol y el agua son los siguientes:

λe =194,5 [Kcal/Kg] y λa=541,1 [Kcal/Kg]

El calor latente de la mezcla será entonces: λ = 457,24 [Kcal/Kg]

El calor entregado será: qr=3.832.347 [Kcal/hr]

3.6.7. Resumen

Debido a que no se trazó como objetivo para este proyecto desarrollar un análisis de

una red de intercambio de calor óptima, no se puede afirmar que la suma de los

calores acá calculados, pues en la realidad se puede estimar una configuración de

corrientes que aprovechen los calores residuales de otros flujos.

En respuesta a una consulta a TOMSA S.A. empresa proveedora de plantas de etanol

bajo la modalidad llave en mano, se obtuvieron cifras de consumo energético que

oscilan cercano a 2.507 kw/hora para el consumo de energía eléctrica y 40,5 Ton/hora

de vapor, estos valores fueron estimados para una planta como la descrita en este

informe.

3.7. Dimensionamiento de equipos

3.7.1. Reactores

En el caso de los estanques se utilizará la elación entre el tiempo de residencia y el

flujo volumétrico para obtener su volumen.

50 Vilajuana Jaime, “Evaluación técnico económica y anteproyecto de una planta de etanol por fermentación

y su uso como combustible.

72

Donde V es el volumen, F el flujo volumétrico y τ es el tiempo de residencia del flujo

en el reactor.

Inicialmente se procedió a calcular los flujos volumétricos asociados a los distintos

reactores a dimensionar, lo que se puede observar en la siguiente tabla:

Tabla 3.19. Flujos volumétricos asociados a los reactores

Flujo Volumétrico [m3/hr]

Licuefacción - Sacarificación Fermentación Etanol 222.524 Sólidos 41.667 12.133 Agua 62.083 63.180 Total 103.750 297.837


En la tabla 3.20 se pueden observar los volúmenes requeridos para operar la planta,

como estos volúmenes en el caso de la sacarificación y fermentación superan los

valores máximos de reactores en el mercado, se propone utilizar más de un reactor en

serie, para la sacarificación serían 3 reactores de 200 m3 cada uno y para la

fermentación deben utilizarse 41 reactores de 500 m3.

Tabla 3.20. Volúmenes de reactores

Volumen requerido[m3]

Volumen reactores

propuestos [m3]

Número de reactores necesarios

Licuefacción 26 30 1

Sacarificación 519 200 3

Fermentación 20.253 500 41


Debido al efecto corrosivo que particulariza al etanol, se recomienda seleccionar

equipos de acero inoxidable para aquellas etapas que contengan etanol en sus

corrientes. En el caso de la licuefacción y sacarificación se pueden utilizar reactores de

acero al carbono.

73

Los diámetros y alturas de los reactores fueron estimados considerando una relación

diámetro: altura como 1:3. Lo que entregó las siguientes cifras de diseño para los

reactores escogidos en cada etapa:

Tabla 3.21. Parámetros de diseño de los reactores

Volumen reactores

propuestos [m3]

Diámetro [m]

Altura [m]

Licuefacción 30 1,29 3,86

Sacarificación 200 2,42 7,26

Fermentación 500 3,28 9,85


3.7.2. Columna de destilación

El equipo usado para separar la mezcla etanol-agua fue una columna de destilación

binaria, con platos perforados y campanas burbujeadoras.

La entrada se hace por platos intermedios, llamado de alimentación. La parte superior

a la alimentación se llama “enriquecimiento” y la parte posterior se llama

“agotamiento”.

Tabla 3.22. Fracciones molares de corrientes de destilación

Fracción molar corrientes

Entrada Destilado Stillage Etanol 0,044 0,904 0,0005

Líquidos 0,883 0,096 0,923

Sólidos 0,073 0 0,077


Se supone la entrada a 30°C y la temperatura a la que se debe llevar la mezcla

97,6°C. Mientras que se aproximaron las fracciones molares de entrada del etanol a

0,044 y de agua a 0,956. Fracción molar en el destilado es 0,904 para el etanol y

74

0,096 para el agua. En el stillage la fracción molar de etanol es 0,0005 y de agua es

0,9995 (se consideró agua como líquidos más sólidos).

Si se conoce la composición y temperatura del flujo que entra a la columna, se puede

aplicar el método gráfico Mac Cabe-Thiele para determinar el número de platos que

componen la columna. Se dibujan las líneas de operación en el diagrama (x,y). El eje X

representa la fracción molar de etanol en la fase líquida de la mezcla etanol-agua,

mientras que el eje Y representa la fracción molar de etanol en la fase vapor.

Tabla 3.23. Parámetros de diseño de los reactores

% Moles de etanol Temperatura

Líquido Vapor °C

0 0 100

1 10 98,9

3 24,8 96,75

5 32,2 94,95

10 43,7 91,45

15 50,1 88,95

20 53,2 87,15

25 55,4 85,75

30 57,5 84,65

35 59,4 83,75

40 61,4 83,1

45 63,2 82,45

50 65,2 81,9

55 67,6 81,45

60 70,3 81

65 72,6 80,6

70 75,4 80,2

75 78,6 79,8

80 82,08 79,35

85 85,82 78,95

90 89,84 78,5

95 94,66 78,15

97 96,81 78,2

99 98,95 78,25

100 100 78,3

Fuente: Vilajuana, 1981.

75

Todo lo anterior se dibuja a partir del diagrama de equilibrio, que se traza de acuerdo

a los puntos mostrados en la tabla 3.23.

En anexos 10 se muestra el diagrama trazado, con las curvas de operación de

enriquecimiento y agotamiento trazadas. A partir de esta figura se obtuvo que la

columna de destilación debiera tener 23 platos para cumplir con las condiciones

impuestas para el diseño de la etapa. Debido a las condiciones corrosivas que presenta

el etanol, se recomienda utilizar este equipo de acero inoxidable.

3.8. Diagrama de flujo

El diagrama de flujos que se muestra en la figura 3.2 contempla toda la red de equipos

necesarios para hacerla funciona la planta completa51, es decir, intercambiadores de

calor, sistema de tratamiento de coproductos, etc. Este esquema contiene, además

una columna de absorción que se utiliza para capturar el CO2 para posteriormente ser

vendido. Este esquema es un ejemplo introductorio, que sirve para tener claro el

esquema completo de la planta, sin embargo, el desarrollo del área técnica de este

proyecto sólo involucra la línea principal de tratamiento, que se caracteriza por tener

asociado los flujos de etanol.

Por otro lado en la figura 3.3 se muestra el diagrama de flujos según la línea principal

de tratamiento y sin red óptima de energía.

51 Extraído de Kwiatkowski et al, 2005.

76

Figura 3.2. Diagrama de flujos de una planta de bioetanol

Fuente: Kwiatkowski et al, 2005.

77

Figura 3.3. Diagrama de flujos del proyecto


78

3.9. Ubicación planta

Para analizar la ubicación de la planta a instalar se analizaron 2 factores: cercanía a

mayores centros de consumo y cercanía a cultivos. En cuanto a los centros de

consumo, el más grande es la zona Santiago, con alrededor del 50% del volumen de

gasolinas despachadas en el país. Por otro lado, en el capítulo 2 se analizó que la

producción de maíz se da principalmente en el sur del territorio nacional,

específicamente entre las regiones V y VIII, destacándose el mayor centro de

producción en la VI región con el 57% de la producción a nivel país.

Se optó por localizar la planta en la zona de Angostura, VI región, en las cercanías de

San Francisco de Mostazal a 600 metros de la ruta 5 sur, específicamente a 1.800

metros del peaje Angostura.

El valor de mercado de dicha propiedad es de 0,5 UF/m2.

Por recomendaciones de Copec, se consideró una propiedad de 4 hectáreas de área. Lo

que se traduce a una inversión de US$ 780.00052.

52 Este precio se calculó considerando el valor de la UF y del dólar de octubre de 2007

79

CAPÍTULO 4: Estudio legal

4.1. Normativa de calidad

El bioetanol para ser usado como combustible, no ha sido fabricado hasta la fecha en

Chile. Es por este motivo que la normativa de calidad fue sometida hasta julio del

presente año a consulta pública, este documento se muestra en Anexo 1.

Posteriormente, pasará a su corrección final a cargo de la Comisión Nacional de

Energía (CNE), para finalmente ser generado un decreto por el ministerio de economía.

Según lo expuesto por la Sra. Marlene Sepúlveda Cancino, quien es parte del área de

hidrocarburos de la CNE, las indicaciones que aparecen en el documento a consulta

pública no difieren en lo sustancial al corregido por la organización gubernamental, por

lo que recomienda asumir vigente el documento público para efectos de este estudio.

Cabe destacar que la CNE está evaluando la posibilidad de mezclas del orden del 10%,

lo que implicaría modificar la normativa de calidad de las gasolinas, pues se superaría

el 2% en masa de oxigenados en el combustible mezclado. Esta modificación requiere

la aprobación de la Comisión Nacional del Medio Ambiente, organismo que se niega a

autorizar el cambio, pues al aumentar la cantidad de oxígeno en el combustible,

aumentan las emisiones de los gases precursores del Ozono, contaminante que se

encuentra presente en cifras peligrosas para la salud humana sobre todo en los meses

de mayor incidencia solar.

4.2. Evaluación de impacto ambiental

La Ley 19.300 sobre Bases Generales del Medio Ambiente, dictada en 1994,

contempla que ciertos proyectos o actividades susceptibles de causar impacto

ambiental, deberán someterse a un Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental

(SEIA). Según lo establecido por esta ley, se entiende por impacto ambiental la

alteración del medio ambiente, provocada directa o indirectamente por un proyecto o

actividad en un área determinada. En función de sus efectos, características o

circunstancias, los proyectos deberán presentar uno de los siguientes documentos:

80

• Declaración de Impacto Ambiental: documento descriptivo de una

actividad o proyecto que se pretende realizar, o de las modificaciones que se le

introducirán, otorgado bajo juramento por el respectivo titular, cuyo contenido

permite al organismo competente evaluar si su impacto ambiental se ajusta a

las normas ambientales vigentes.

• Estudio de Impacto Ambiental: documento que describe

pormenorizadamente las características de un proyecto o actividad que se

pretenda llevar a cabo o su modificación. Debe proporcionar antecedentes

fundados para la predicción, identificación e interpretación de su impacto

ambiental y describir la o las acciones que ejecutará para impedir o minimizar

sus efectos significativamente adversos.

Con este procedimiento todos los servicios públicos con competencia ambiental

evalúan, en un solo proceso e instancia, la pertinencia de otorgar sus correspondientes

pronunciamientos y permisos ambientales sectoriales, respecto de un proyecto. Este

proceso es administrado por la Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA).

Para determinar si un proyecto ingresa o no al SEIA, se debe analizar el artículo 3 del

Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental, D. S . N º 95 de 2001,

del Ministerio Secretaría General de la Presidencia. El cual establece los proyectos o

actividades susceptibles de causar impacto ambiental, en cualquiera de sus fases, que

deberán someterse al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental.

Una planta productora de bioetanol, se identifica con los siguientes puntos de dicho

artículo:

k) Instalaciones fabriles, tales como metalúrgicas, químicas, textiles,

productoras de materiales para la construcción, de equipos y productos metálicos

y curtiembres, de dimensiones industriales.

ñ) Producción, almacenamiento, transporte, disposición o reutilización habituales

de sustancias tóxicas, explosivas, radioactivas, inflamables, corrosivas o

reactivas.

ñ.4. Producción, almacenamiento, disposición, reutilización o transporte por

medios terrestres, de sustancias inflamables que se realice durante un semestre

o más, y con una periodicidad mensual o mayor, en una cantidad igual o superior

81

a ochenta mil kilogramos diarios (80.000 kg/día), entendiéndose por tales a las

sustancias señaladas en las Clases 3 y 4 de la NCh 2120/Of89.

Por lo tanto, debido a que el proyecto de instalación de una planta productora de

etanol se encuentra dentro de una de estas categorías (bastaría sólo una) de

actividades susceptibles de causar impacto ambiental, debe someterse al SEIA.

Con estos antecedentes medioambientales de la industria del etanol, el siguiente paso

en el procedimiento de evaluación ambiental es realizar un Análisis de Pertinencia, esto

es, determinar la generación o presencia de efectos, características o circunstancias

que definen la pertinencia de presentar un estudio de impacto ambiental.

Según las exigencias de la normativa ambiental, este proyecto no debería presentar un

EIA, pues no representa un peligro mayor para la población en la medida que respete

las normas atingente al desarrollo de su proceso productivo y tratamiento de residuos.

Sin embargo, se recomienda presentar, de igual forma la documentación detallada que

este proceso impone como obligatorias, para tener una revisión experta del impacto

ambiental efectivo del mismo y poder implementar medidas que aminoren este daño

de forma preventiva.

El SEIA contempla un proceso de fiscalización, establecido por la ley chilena, donde se

comprueba que efectivamente los proyectos al ser ejecutados cumplan con las

precauciones acordadas durante su revisión en este sistema.

4.3. Normas para residuos líquidos industriales

Uno de los principales problemas ambientales de la industria del etanol son las vinazas

procedentes de los procesos de destilación para obtener el etanol azeotrópico.

Las vinazas son los fondos que quedan en los calderines de las torres de destilación.

Son líquidos oscuros, con una gran cantidad de sólidos suspendidos, tanto de materia

orgánica como inorgánica, así como altos valores de DBO (30000 a 60000 mg/L) y

DQO (100000 g/L); una destilería típica puede producir cerca de 20 L de vinazas por

cada L de etanol producido (Sánchez y Cardona, 2005, 681 – Mirsepasi et al, 2006,

82

79). Además, estos residuos poseen un gran contenido de sales (con predominio de

iones K, Ca y SO4) y un pH bajo (3.5-4.5).

En anexo 3 se muestra una tabla con las emisiones aceptadas por concepto de

residuos líquidos industriales que vayan a cuerpo de agua receptor o cuerpo receptor

para una fuente emisora, también se acompañan algunas definiciones.

Cabe destacar que las normas asociadas a DBO553, sólidos suspendidos, sólidos

sedimentables y PH son las más atingentes a este proyecto.

4.4. Legislación relacionada a los impuestos sobre la producción de

Biodiesel

En la actualidad los combustibles fósiles derivados del petróleo se ven regulados por la

ley 18.502, en especial en el artículo 6 de la misma se encuentra la manera de calcular

dicho impuesto. En el caso del Bioetanol, el Ministerio de Hacienda declaró en los

medios desde el año 2006 la no aplicabilidad del impuesto específico para este tipo de

combustibles. Esta declaración fue confirmada a través de una conversación telefónica

con el Sr. Claudio Gambardella, abogado de la Comisión Nacional de Energía en marzo

del 2007.

53 DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días y a 20 °C.

83

CAPÍTULO 5: Evaluación económica

Por requerimientos de este trabajo, la evaluación considerará un solo inversionista,

Empresas Copec S.A., el cual busca maximizar la diferencia entre ingresos y costos

(Evaluación económica privada).

5.1. Plan de Recursos Humanos

El plan de personas estructurado para este proyecto, se describe en su organigrama

(Anexo 4). En él se dividen las labores en tres Unidades estratégicas:

• Finanzas y Ventas

Esta Unidad es la encargada de hacer las gestiones vinculadas a las ventas y los flujos

económicos de la empresa. Esta subdividida en tres áreas: Ventas, Adquisiciones y

Finanzas. Las tareas de Ventas involucran servicios de post venta, estimaciones de

ventas futuras, captación de nuevos clientes y relación con los antiguos. Adquisiciones

se encargará de la relación con los proveedores, teniendo como objetivo entregar un

abastecimiento seguro y eficiente de insumos y materias primas para el proceso

productivo. Por otro lado Finanzas, será el área encargada de tomar decisiones en

torno a la política de financiación y estrategias de inversión, creando una planificación

presupuestaria.

• Recursos Humanos

Esta Unidad es la encargada de velar por una correcta interacción entre los individuos,

los grupos y la organización, para lograr un desarrollo integral de las personas y un

crecimiento sostenido de la empresa y su entorno. Para esto debe estudiar los

requerimientos de cada cargo de la empresa y la contratación del personal calificado

para interactuar con el medio según la planeación estructurada. A esta Unidad también

se le entregará la responsabilidad de implementar contratos y finiquitos adecuados.

• Operaciones

Esta Unidad es la encargada de elaborar un producto que responda a los lineamientos

estratégicos de la empresa. Es decir, que cumpla con las condiciones prometidas al

momento de acordar la compra, buscando formas de elaboración lo más eficientes

posible. Las áreas creadas para cumplir con dichos objetivos son: Ingeniería,

84

Mantención, Control de Calidad y Planta. Ingeniería es la encargada de encontrar

formatos de operación cada vez más eficientes. Mantención se dedicará a supervisar

el servicio externo que procura que los equipos y sistemas cuenten con las condiciones

necesarias para ser operados. Por otro lado, Control de calidad velará porque el

cliente reciba el producto que se le prometió, cumpliendo condiciones mecánicas y

biológicas establecidas por los estándares de calidad. Por último, Planta se encarga de

implementar la operación de la planta para elaborar el producto deseado, además,

debe interactuar con el área de Ingeniería para hacerlo de la forma más eficiente

posible, para ello se dispondrá de una plana de trabajadores formada por seis

operarios y liderada por un jefe de turno.

Por tratarse de un proceso continuo, la operación de la planta debe garantizarse las 24

horas del día. Para esto se planearon 4 grupos de trabajo, que tendrán un horario

distinto al resto del personal. Cada grupo se denominará turno, especificado con una

letra que va desde la A a la D. Los horarios de los ciclos de trabajo se muestran en las

siguientes tablas:

Tabla 5.1. Horario turnos de trabajo

TURNO HORARIO Mañana 7:00 - 15:00 Tarde 15:00 - 23:00 Noche 23:00 - 7:00


Tabla 5.2. Ciclo turnos de trabajo

CICLO DE TURNOS MAÑANA A A D D C C B B

TARDE B B A A D D C C

NOCHE C C B B A A D D

LIBRE D D C C B B A A


85

5.1.1. Gasto en salarios

Se estimó la cantidad de trabajadores considerando las unidades de trabajo antes

mencionadas y los requerimientos operacionales para operar de forma eficiente una

planta con las características de este proyecto.

Cada turno está compuesto por 4 operarios, siguiendo recomendaciones de TOMSA

S.A.54, y un jefe de turno. Se pensó en una planta automatizada, por lo que tres de los

operarios estarán coordinando la operación desde los monitores del sistema y el cuarto

se encargará de inspeccionar en terreno la operación correcta de la planta. El resto del

personal, cuenta con una jornada de trabajo de 8 horas diarias de lunes a viernes.

Se muestra en Anexo 5 el resumen que desglosa las remuneraciones por cargo y

unidad de trabajo. Posterior al desglose de salarios por cargo, se llegó a la conclusión

de que serían necesarios alrededor de US$ 950.000 al año para parar los sueldos de

todos los trabajadores de la planta según lo diseñado en el organigrama de la empresa

que desarrolle este proyecto.

5.2. Ingresos

5.2.1. Ventas de bioetanol

Los ingresos se calcularon a través de un plan de ventas para el bioetanol producido.

El primer año de operación se venderá el 50% de la capacidad de la planta, el segundo

año el 75% y desde el tercer año hacia delante se venderá la totalidad de la

producción, lo que parece una situación medianamente real, pues si Copec decide

invertir en este proyectos al menos deseará abastecerse a sí mismo, con lo que

utilizaría la totalidad de la producción, al mezclar al 5% con gasolina desde el 2010.

El precio fijado para el bioetanol fue de 1,173 US$/lt, lo que equivale a 590 $/lt

(considerando para los cálculos el dólar a $503 como en octubre 2007). Que es al

menos el precio de costo para Copec de la gasolina 93 octanos puesto en Angostura

(incluye IVA, impuesto específico y transporte desde la planta Maipú a Angostura).

54 Cotización TOMSA S.A. marzo 2008

86

Como se vió en antecedentes generales, el rendimiento de la mezcla etanol-gasolina al

5% disminuye en un 1%, por considerarse un valor relativamente bajo, no se hizo una

comparación de precios por precio de unidad energética que proporciona el

combustible.

5.2.2. Ventas de DDGS

El valor de mercado de este coproducto fue obtenido al usar como referencia un

producto sustituto, el afrecho de soya o el fosfato di cálcico, que se utilizan para

alimentar ganado. Este valor corresponde a US$ 180 la tonelada.

No se consideraron los ingresos del CO2 porque la inversión en el sistema capaz de

capturar este producto de la fermentación incrementa de forma muy elevada la

inversión del proyecto. Por otro lado, los gastos energéticos también se verían

incrementados. Si se evalúa la cantidad de ingresos asociados al Dióxido de carbono y

los egresos por inversión e insumos energéticos, no es recomendable invertir en el

sistema para capturarlo.

El resumen de ingresos en miles de US$ para el tercer año de operación en adelante se

muestra en la tabla 5.1.

Tabla 5.3. Resumen de ingresos.

Ingresos miles US$/año

Venta bioetanol 93.837 Venta DDGS 11.433

Total 105.270


5.3. Inversión

Para considerar precios de plantas de mercado, se realizó una cotización a la empresa

multinacional TOMSA. Su filial española proporcionó una propuesta titulada:

“Propuesta para una planta de bioetanol construida bajo las reglas del arte en

chile, mediante el proceso de fermentacion continua para producir bioetanol a

99,8% v/v; usando granos como materia prima”.

87

Capacidad: 250.000 litros/día equivalente a 80.000 m3/año.

Esta propuesta incluye la batería de productos detalladas en anexo 6.

Esta evaluación no considera la captura del CO2 como coproducto, pues aumenta

considerablemente la inversión y los requerimientos energéticos del proceso.

A continuación, en la tabla 5.4, se presenta una tabla resumen con los módulos que

ofrece TOMSA S.A. su precio y el precio total de la cotización llave en mano.

Tabla 5.4. Detalle de precio de módulos planta llave en mano


La cotización llave en mano alcanza un valor de 84,28 mill US$ aproximadamente,

donde se incluye la ingeniería, cañerías, instrumentación y control automático,

aislaciones térmicas, instalaciones auxiliares, supervisión marcha blanca, garantías,

equipamiento laboratorio, entrenamiento personal, seguros y fletes a posición CIF

puesto en Chile.

5.3.1. Inversión no incluida en cotización.

Utilizando aproximaciones de la literatura55 se calculó el costo de los equipos que está

incluido dentro del costo de la cotización, particularmente se utilizó el método de Lang

reactualizado en base a informaciones de plantas instaladas.

55 Zomosa Abdón, “Manual de proyectos de ingeniería química” 1983.

Cotización llave en mano TOMSA S.A.

Etapas Euros US$

Sistema de recepción, preparación y almacenaje de materia prima 16.471.263 23.416.700

Sistemas utilitarios, auxiliares y almacenaje 9.080.296 12.909.184

Sección destilería 25.361.563 36.055.773

Planta de DDGS para destilería 7.104.630 10.100.439

Fletes y seguros a posición C.I.F puerto en Chile 1.267.151 1.801.471

TOTAL 59.284.900 84.283.567

88

En la tabla 5.5 se muestran los factores estimados por Lang para aproximar los

diferentes ítems del capital fijo de una industria de procesos dependiendo de la

naturaleza de sus flujos.

Tabla 5.5. Factores para estimar el capital fijo de una industria de procesos.

Fuente: Zomosa Abdón, 1983.

Debido a que la naturaleza del proceso de producción del bioetanol es

mayoritariamente fluido, se utilizarán los factores de la tercera columna para estimar

la inversión total de la planta.

Según el detalle de la cotización de TOMSA S.A. se incluyen dentro de su cotización los

siguientes ítems:

% del valor del equipo sin instalar

ITEM Procesos sólidos

Procesos sólido-fluidos

Procesos Fluidos

COSTO DIRECTO

Equipo de proceso sin instalar 100 100 100

Costo de la instalación 45 39 47

Instrumentación y Control 9 13 18

Cañerías 16 31 66

Instalación Eléctrica 10 10 11

Edificios (Incluido servicios) 25 29 18

Pavimentación y urbanización 13 10 10

Instalaciones auxiliares 40 55 70

Terreno 6 6 6

TOTAL COSTO DIRECTO DE LA PLANTA 264 293 346

COSTO INDIRECTO

Ingeniería y supervición 33 32 33

Gastos de construcción 39 34 41 TOTAL COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS DE

LA PLANTA 336 359 420 Utilidad contratistas (5% de costos directos e indirectos) 17 18 21

Contingencias (10% costos directos e indirectos) 34 36 42

TOTAL CAPITAL FIJO 387 413 483

89

Tabla 5.6. Factores para ítems considerados en cotización TOMSA S.A.

% del valor del equipo sin instalar ITEM

Procesos Fluidos

COSTOS INCLUIDOS EN COTIZACIÓN TOMSA S.A.

Equipo de proceso sin instalar 100 Instrumentación y Control 18 Cañerías 66 Instalaciones auxiliares 70

Ingeniería y supervisión 33 TOTAL COSTOS INCLUIDOS EN COTIZACIÓN 287


Lo que implica que le costo de la cotización equivales a 2,87 veces el precio estimado

para los equipos. Esto se traduce a que el costo de los equipos se puede calcular

dividiendo el precio cobrado en la cotización por 2,87. Lo que resulta 29,3 mill US$.

Tabla 5.7. Factores para estimar el capital fijo no incluido en la cotización TOMSA S.A.


% del valor del equipo sin instalar ITEM

Procesos Fluidos Precios [US$]

COSTOS NO INCLUIDOS EN COTIZACIÓN TOMSA S.A.

Instalación equipos (montaje) 47 13.802.535 Instalación eléctrica 11 3.230.380 Edificios (incluido servicios) 18 5.286.077 Pavimentación y urbanización 10 2.936.709 Contingencias (5% costos directos e indirectos) 21 6.167.090

Gastos en construcción 41 12.040.509 TOTAL COSTOS NO INCLUIDOS EN COTIZACIÓN 148 43.463.301

90

En la tabla 5.7 se muestran los factores extraídos de la literatura56 y los valores

correspondientes a precios para los ítems no incluidos en la cotización TOMSA S.A.

Estos últimos, fueron calculados ponderando el valor aproximado de los equipos por los

factores mostrados en la mencionada tabla.

5.3.2. Inversión Total.

La inversión total del proyecto, incluyendo montaje de equipos, terreno, edificios e

instalaciones eléctricas, asciende a 128,5 mill US$.

El detalle de los ítems considerados para calcular la inversión se muestran en la tabla

5.8.

Tabla 5.8. Detalle Inversión proyecto

Detalle Inversión proyecto Cotización de planta [USD] 84.283.567

Instalación eléctrica [USD] 3.230.380

Edificios [USD] 5.286.077

Montaje [USD] 13.802.535

Pavimentación y urbanización [USD] 2.936.709 Contingencias (5% costos directos e indirectos) [USD] 6.167.090

Gastos en construcción [USD] 12.040.509

Terreno [USD] 780.000

INVERSIÓN TOTAL [USD] 128.526.868


Las contingencias, fueron reducidas de un 10% de los costos directos e indirectos del

proyectos, como lo recomienda Lang, a un 5% porque el proveedor de la planta llave

en mano a través de sus garantías reduce el riesgo de imprevistos, pero no los anula,

por lo que se estimó un riesgos 50% menor al de desarrollar el proyecto sin contratar

el servicio con la modalidad antes señalada.


91

5.4. Costo capital de trabajo

El costo de capital de trabajo se calculó como el valor requerido para operar la planta

durante dos meses. De ahí se tendrán componentes de costo variable y de costo fijo,

tal como se muestra a continuación:

CAPITAL DE TRABAJO Total de Costos Variables 76.338.664 [USD/año] 6.361.555 [USD/mes] Total de Costos Fijos 4.349.834 [USD/año] 362.486 [USD/mes] Capital de trabajo por dos meses 13.448.083 [USD]

Lo anterior se traduce en 13,4 mill de US$ por concepto de capital de trabajo.

5.5. Costos fijos y variables

Los costos variables considerados para los flujos monetarios del proyecto son los

mostrados en la tabla 5.3 para un año igual o posterior al tercero de operación.

Tabla 5.9. Costos fijos y variables.

Costos [miles US$/año] Costos fijos 2.702 Costos variables 76.339

Costos totales 79.130

92


Tabla 5.10. Descomposición costos por categoría

Descomposición fraccionaria del total de costos por categoría

Costos fijos 0,035 Costos variables 0,965


5.5.1. Especificaciones sobre los costos

El valor de los insumos químicos fue obtenido a través de una estimación del

proveedor, TOMSA S.A.

El valor del maíz corresponde a la suma del precio promedio publicado por ODEPA a

comprador mayorista el 2006, 243 US$/ton. A este valor se le sumó el costo de

transportar 50 kilómetros aproximadamente esta materia prima, 6 US$/ton

transportada.

El valor de la gasolina fue obtenido de los archivos Copec, para octubre del año 2007,

considerando el costo de transportar el insumo desde la planta Maipú a la planta

ubicada en Angosturas.

El costo de la energía eléctrica, agua y vapor, fueron conseguidos a partir de costos

reales de una planta del rubro de la minería no metálica, ubicada en la salida sur de la

región metropolitana. La energía eléctrica y agua, provienen de la conexión al sistema

interconectado central y a la red de agua potable, respectivamente. El costo del vapor,

corresponde a un producto generado en calderas propias, tal como se haría en este

proyecto si se adquiere la planta “llave en mano” ofrecida por TOMSA S.A.

Se estimaron los costos de mantención y seguros como el 3% y el 1% del costo de los

equipos de la cotización de TOMSA S.A.57

Los gastos generales se calcularon como el 1% de las remuneraciones.


93

Se cotizaron arriendos de oficinas en el sector céntrico de Santiago, para los servicios

de ventas.

El detalle de ambos tipos de costos se muestra en las siguientes tablas:

Tabla 5.9. Detalle de costos fijos anuales.

Costos Fijos de Operación Sueldos [USD/año] 950.000 Costos de Mantención [USD/año] 881.013 Seguros [USD/año] 842.833 Gastos Generales [USD/año] 9.500 Arriendo Oficinas [USD/año] 19.000


Tabla 5.10. Detalle de costos variables anuales.

Costos Variables de Operación Anuales

Maíz [USD/año] 49.302.000 Insumos Químicos [USD/año] 10.558.733 Gasolina [USD/año] 1.923.590 Energía Eléctrica [USD/año] 1.389.881 Agua [USD/año] 334.061 Vapor [USD/año] 12.830.400


Dentro de los insumos químicos se encuentran todas las enzimas, levaduras,

amoniaco, etc.

Tabla 5.11. Detalle de costos variables anuales.

Fracción de costos variables por componente

94

Maíz 0,646 Insumos químicos 0,138 Gasolina 0,025 Energía eléctrica 0,018 Agua 0,004 Vapor 0,168


95

5.6. Depreciación

La depreciación total para el proyecto corresponde a la suma de las depreciaciones de

los equipos y edificios. Se consideraron cifras propuestas por el Servicio de impuestos

internos (SII) quien aconseja depreciar los edificios a 40 años y los equipos a 15, sin

embargo sólo se tomó el primer valor, pues el proveedor aseguró que la vida útil de la

planta es al menos 20 años. Además, el subgerente de Copec, Sr. Carlos Lonza, en

una entrevista en el mes de octubre del 2007, recomendó utilizar este mismo valor.

También tiene que ver con esta cifra que se haya considerado un horizonte de

evaluación de 20 años.

5.7. Tasa de descuento

La tasa de descuento que se debe utilizar para actualizar los flujos monetarios de un

proyecto, corresponde a la rentabilidad que le exige un inversionista para preferir este

proyecto frente a otros. Cada proyecto tiene un riesgo asociado y la rentabilidad,

depende de este parámetro.

La tasa de descuento se puede calcular por el modelo de precio de los activos de

capital (CAPM), lo que requiere estudiar el comportamiento de empresas que transen

acciones en la bolsa de comercio, con proyectos desarrollados similares a este. Sin

embargo, la industria del bioetanol no ha sido explotada en Chile todavía, cosa que

impide obtener información proyectos parecidos, incluso este es un antecedente para

asegurar un alto riesgo del proyecto, ser el primero en el rubro, la incertidumbre es

muy alta con respecto al escenario con que se puede desarrollar. Es por este motivo

que se utilizó una tasa de descuento del 15%. Copec utiliza para sus proyectos una

tasa del 13%, siendo su rubro el despacho de combustibles. Se decidió incrementar en

2% este valor por el grado de incertidumbre más alto.

5.8. Nivel de endeudamiento

Por exigencia de Copec S.A. el nivel de endeudamiento para evaluar este proyecto es

nulo. El Holding al que pertenece la empresa tiene por pauta invertir sólo en proyectos

que no incrementen el nivel actual de deuda de la organización.

96

5.9. Resultados del flujo de caja

Bajo las condiciones antes mencionadas, el VPN (valor presente neto de los flujos

anuales del proyecto) fue de -15,5 mill US$ y una tasa interna de retorno de 12,9%

(detalles en anexo 11).

5.9.1 Resultados VPN ante variaciones del precio del maíz

En este caso se mantuvieron las condiciones descritas en el resto del capítulo. Sólo se

hizo variar el precio del maíz.

Tabla 5.12. VPN con variaciones precio maíz


A partir de la tabla 5.12 se puede observar que para precios de maíz menores o

iguales a 0,230 US$/kg el proyecto tiene retornos positivos de los flujos de dineros

traídos al presente.

5.9.2 Resultados VPN ante variaciones del precio del etanol

En este caso se mantuvieron las condiciones descritas en el resto del capítulo. Sólo se

hizo variar el precio del etanol.

A partir de la tabla 5.13 se puede observar que para precios de etanol superiores o

iguales a 1,3 US$/lt el proyecto tiene retornos positivos de los flujos de dineros traídos

al presente.

Resultados VPN variando precio maíz Precio Maíz

US$/kg VPN miles de US$ TIR % 0,15 66.911 23,4

0,2 25.297 18,3

0,22 8.652 16,1

0,23 329 15,0

0,24 -7.994 13,9

0,249 -15.484 12,9

0,3 -57.931 6,6

97

Tabla 5.13. VPN con variaciones precio etanol.

Resultados VPN variando precio etanol Precio etanol

US$/lt VPN miles de US$ TIR % 1 -71.764 4

1,1 -39.226 9,5

1,173 -15.484 12,9

1,22 -179 15

1,3 25.852 18,3

1,4 58.391 22,2

1,5 90.930 26


98

Conclusiones

Durante el transcurso de este trabajo de título se trató de abalar la posibilidad de

desarrollar la industria del bioetanol en Chile.

Desde el punto de vista técnico, la factibilidad es latente, tanto así, que se trabajó de

forma paralela con la empresa española, TOMSA S.A. quienes generaron una

propuesta para una posterior venta de una planta de bioetanol bajo la modalidad “llave

en mano”. Con esto se puede afirmar que existen proveedores interesados en ofrecer

este producto y es posible la incorporación de esta ingeniería a la realidad nacional.

Al desarrollar balances de masa y energía, se puco conocer la mayoría de los flujos y

componentes de una planta generadora de 80.000 m3/año de etanol a partir de maíz.

Los rendimientos obtenidos son muy similares a los mencionados por la literatura58, en

particular para el caso de la cantidad de litros de etanol por tonelada de maíz utilizada,

se obtuvo un rendimiento de 413,5; mientras que la literatura mencionó un valor

cercano a 409,84.

En cuanto al desarrollo de los dimensionamientos de los equipos, no se puede

establecer una comparación clara con lo que utilizaría TOMSA S.A. para la planta llave

en mano porque ingeniería a ese nivel de detalle sólo entregan a clientes que ya tienen

un compromiso de compra.

Por otro lado, se constató, a través de cifras recopiladas por la ODEPA, la posibilidad

de contar con suficiente suelo como para cultivar especies que sirvan como materia

prima para una planta de etanol a partir de maíz con capacidad para producir 80.000

m3/año.

Analizando la factibilidad económica, se observó que al tratar de estimar de la forma

más real los costos e ingresos asociados al cálculo del flujo de caja para el proyecto,

los resultados son relativamente buenos. Según la realidad de octubre del 2007, en

cuanto al precio del dólar, materia prima y combustibles derivados del petróleo, se

observó una inversión inicial de 128,5 millones de dólares, un ingreso anual del orden

58 Acevedo, Edmundo; “Bioenergía: Un desafío para Chile”

99

de los 100 millones de dólares, costos anuales de 80 millones de dólares, un VPN de -

15,4 millones de dólares y una TIR de 12,9%.

Se observó al desarrollar el flujo de caja que dentro de la estructura de costos, los

costos variables representan más del 95%, dentro de los cuales la influencia del gasto

en materia prima bordea el 65%. En otras palabras, el incremento o reducción de

costos en este ítem, es decidor en el resultado de la evaluación económica de este

proyecto.

No obstante a lo anterior, al hacer análisis de sensibilidad se encontraron valores no

tan distantes a las condiciones iniciales del problema, que si obtuvieron un cálculo de

VPN positivo; sin ir más lejos, se supuso un precio de venta del etanol de 1,173

dólares por litro, manteniendo todas las otras variables constantes, si aumentara el

precio de venta de este producto a 1,3 dólares por litro se obtendría un VPN de 25,8

millones de dólares.

Finalmente, de este estudio se pudo constatar una legislación incierta para muchos

escenarios asociados a los biocombustibles. Todavía no existe una normativa de

calidad oficial para el bioetanol, ni se sabe de estudios ambientales que puedan

predecir un impacto positivo o negativo de su utilización, esta situación produce un

clima riesgoso e inestable.

100

BIBLIOGRAFÍA

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• Raymond Gerald and Wilke Charles “Fermentation kinetics and process

economics for the production of etanol” 1970.

• Roberto Yunge Ducaud “Comercialización de combustibles” presentación facilitada por el autor en mayo 2007

• Joyce, Mary “Alternatives to Traditional Transportation Fuels”

101

• Mass Transit - Use of Alternative Fuels in Transit Buses, General Accounting Office, United States

• SÁNCHEZ, O.J. y CARDONA, C.A. Producción Tecnológica de Alcohol Carburante II: Integración de Procesos. Interciencia. Vol 30. No 11. Noviembre de 2005. 679-686

• LYONS, T.P. et al The Alcohol Textbook. First Edition. Nottingham [Reino Unido]. Nottingham University Press. 1995. 332 p.

• Grunwald Michael The Clean Energy Scam artículo publicado en TIME

MAGAZINE el 7 de abril de 2008.

• Escamilla María de Lourdes y otros. “Fermentación alcohólica” Depto. Biotecnología. Div. Ciencias Biológicas y de la Salud. Unidad Iztapalapa. Universidad Autónoma Metropolitana. <http://docencia.izt.uam.mx/mleh/alimentos_fermentados/otros_sitios/Contenido.htm>

• Memoria corporativa Empresas Copec, 2006.

• http://www.odepa.gob.cl

• http://www.cne.cl/hidrocarburos/f_biocombustibles.html

• http://www.iica.cl

• http://www.olade.org.ec/php/index.php?arb=ARB0000703

• http://www.biocarburantesmagazine.com

• http://www.biocombustibles.es

• http://enzyme.en.alibaba.com/)

• http://www.bcentral.cl/

• http://www.sdcorn.org/ethanol/sdplants.cfm

102

ANEXO

Anexo 1. Normativa de calidad del bioetanol sometida a consulta pública

por la CNE (Mayo 2007).

105

Anexo 2. Cinética de reacciones enzimáticas y con crecimiento

microbiano59

A medida que transcurre la reacción, disminuyen las concentraciones de los reactantes.

En general, la velocidad de reacción depende de la concentración de reactante por lo

que la velocidad específica de conversión disminuye simultáneamente. La velocidad de

reacción varía también con la temperatura, de manera que la mayoría de las

reacciones aumentan considerablemente su velocidad conforme aumenta la

temperatura. Las cinéticas de reacción se refieren a la relación existente entre la

velocidad de reacción y las condiciones que afectan a dicha velocidad, como son la

concentración de reactantes y la temperatura. Estas relaciones se describen mediante

las expresiones cinéticas o ecuaciones cinéticas.

Cinética Michaelis-Menten

La cinética de la mayoría de reacciones enzimáticas se representa razonablemente bien

mediante la ecuación de Michaelis-Menten:

(1)

Donde rA es la velocidad volumétrica de la reacción, CA la concentración de reactante

A, νmax la velocidad máxima de reacción a concentración infinita de reactante y Km la

constante Michaelis para el reactante A. νmax tiene las mismas dimensiones que rA ,

mientras que Km tiene las mismas dimensiones que CA. Las unidades típicas de νmax

son mol m-3 s-1 y las de Km son mol m-3. νmax es una velocidad volumétrica

proporcional a la cantidad de enzima activa presente en el medio. La constante

Michaelis Km es igual a la concentración de reactante a la que . Km y otras

propiedades de las enzimas dependen de la fuente de procedencia de la enzima.

59 Toda la información contenida en Anexos 2.1 fue extraída de Doran Pauline, “Principios de ingeniería de

los bioprocesos”.

106

Si se adoptan los símbolos convencionales para las reacciones biológicas y se

denomina reactante A al sustrato, la ecuación (1) puede reescribirse de la manera más

comúnmente conocida:

Donde ν es la velocidad volumétrica de reacción y s la concentración de sustrato.

La secuencia de reacción más simple que justifica las propiedades cinéticas de muchas

enzimas es:

Donde E es enzima, S sustrato y P producto. E S es el complejo enzima-sustrato. La

unión del sustrato a la enzima en la primera etapa se considera reversible con una

constante de reacción directa k1 y una constante de reacción inversa k-1. La

descomposición del complejo enzima-sustrato para dar el producto es una reacción

irreversible con una constante de velocidad k2, también conocida como número de

transacciones.

Cinética de crecimiento celular

Desde un punto de vista matemático existe poca diferencia entre las ecuaciones

cinéticas para enzimas y células; después de todo, el metabolismo celular depende de

la acción integrada de una multitud de enzimas.

En un ambiente favorable para el crecimiento, las células regulan su metabolismo y

ajustan las velocidades de varias reacciones internas para que se produzca un

crecimiento equilibrado. Durante el crecimiento equilibrado, la composición de biomasa

permanece constante. Crecimiento equilibrado significa que la célula es capaz de

moldear el efecto de las condiciones externas y mantener la composición celular

invariante a pesar de las variaciones producidas en el ambiente que la rodea.

107

Para que la composición de la biomasa permanezca constante durante el crecimiento

de la velocidad específica de producción de cada componente del cultivo debe ser igual

a la velocidad específica de crecimiento celular µ:

rZ = µ z

Donde Z es un constituyente celular como por ejemplo proteínas, RNA, polisacáridos,

etc., rZ la velocidad volumétrica de producción de Z y z la concentración de Z en el

volumen del reactor. Por lo tanto, durante el crecimiento equilibrado el tiempo de

duplicación para cada componente celular debe ser igual a td para el crecimiento. El

crecimiento equilibrado no puede alcanzarse si las variaciones medioambientales

afectan a la velocidad de crecimiento. En la mayoría de los cultivos, el crecimiento

equilibrado se produce de manera simultánea al crecimiento exponencial.

La velocidad específica de crecimiento de las células durante las fases de crecimiento y

declaración de un cultivo discontinuo, depende de la concentración de nutrientes

existente en el medio. A menudo, un único sustrato ejerce un efecto dominante sobre

la velocidad de crecimiento. Este componente es lo que se denomina sustrato limitante

de la velocidad de crecimiento o simplemente sustrato limitante del crecimiento. El

sustrato limitante del crecimiento es a menudo la fuente de carbono o de nitrógeno

aunque en algunos casos es el oxígeno u otro oxidante como los nitratos. Durante el

crecimiento equilibrado, la velocidad específica de crecimiento está relacionada con la

concentración de sustrato limitante del crecimiento mediante la ecuación de Monod,

una expresión homóloga a la de Michaelis-Menten:

Donde S es la concentración de sustrato limitante del crecimiento, µmax la velocidad

específica máxima de crecimiento y Ks la constante de sustrato.

108

Anexo 3. Normativa ambiental atingente a residuos líquidos industriales

(Decreto supremo N°90/2000 Secretaría general de la presidencia)

Definiciones:

1.- Residuos líquidos, aguas residuales o efluentes: Son aquellas aguas que se descargan desde una fuente emisora, a un cuerpo receptor. 2.- La masa o volumen de un contaminante: corresponde a la suma de las masas o volúmenes diarios descargados durante dicho mes. La masa se determina mediante el producto del volumen de las descargas por su concentración. 3.- Cuerpos de agua receptor o cuerpo receptor: Es el curso o volumen de agua natural o artificial, marino o continental superficial, que recibe la descarga de residuos líquidos. No se comprenden en esta definición los cuerpos de agua artificiales que contengan, almacenen o traten relaves y/o aguas lluvias o desechos líquidos provenientes de un proceso industrial o minero. 4.- Fuente emisora: es el establecimiento que descarga residuos líquidos a uno o más cuerpos de agua receptores, como resultado de su proceso, actividad o servicio, con una carga contaminante media diaria o de valor característico superior en uno o más de los parámetros indicados, en la siguiente tabla:

109

*) Se consideró una dotación de agua potable de 200 L/hab/día y un coeficiente de recuperación de 0,8. **) Expresados en valor absoluto y no en términos de carga.

Las fuentes que emitan una carga contaminante media diaria o de valor característico

igual o inferior al señalado, no se consideran fuentes emisoras para los efectos de esta

norma y no quedan sujetos a la misma, en tanto se mantengan esas circunstancias60.

60 Manual de aplicación Decreto supremo N°90/2000 Secretaría General de la Presidencia

110

Anexo 4. Organigrama de la empresa

1 AYUDANTE

1 AYUDANTE

3 AYUDANTES

16 OPERARIOS

JEFEINGENIERÍA

JEFEMANTENCIÓN

2 ENCARGADOSPROYECTOS

ENCARGADO

ENCARGADO

GERENCIAOPERACIONES

2 SECRETARIAOPERACIONES

1 INGENIEROS

COTIZACIONES

TESORERÍA

ADQUISICIONES

SUBGERENTE VENTAS

ENCARGADOATENCIÓN AL CLIENTE

LOGÍSTICA Y PLANEACIÓN

ENCARGADOVENTAS

FINANZAS

JEFEDE PLANTA

PLANEACIÓN Y DESARROLLO RRHH

GERENCIAFINANZAS Y VENTAS

2 SECRETARIAVENTAS Y MARKETING

1 INGENIERO

ENCARGADO

SUBGERENTE

JEFE

ENCARGADO

PROCESOS

JEFECONTROL DE CALIDAD

SECRETARIA

SUPERVISOR

2 ENCARGADOSENTREVISTAS

RRHH

JEFESELECCIÓN DE PERSONAL

PREVENCIONISTA

4 JEFESDE TURNO

2 ENCARGADOSLABORATORIO

PRESUPUESTO Y COSTOS

GERENTE GENERAL

GERENCIA GRALSECRETARIA

GERENCIARRHH

SERVICIOS EXTERNOS

SUPERVISOR

111

Anexo 5. Desglose de asignación de sueldo por cargo.

DESGLOCE SALARIOS POR DEPARTAMENTO

Cargo Sueldo unitario

[$] Total [$]

Total [US$] US$ Área

Gerente 2.800.000 2.800.000 6.364 Gerencia Gral Secretaria 700.000 700.000 1.591

7.955

Gerente 1.800.000 1.800.000 4.091

Secretaria 550.000 1.100.000 2.500

Subgerente Ventas 1.300.000 1.300.000 2.955

Atención al cliente 800.000 800.000 1.818

Ayudante A. Al Cliente 500.000 500.000 1.136

Logística y Planeación 1.000.000 100.000 227

Ayudante L&P 500.000 500.000 1.136

Ventas 1.000.000 1.000.000 2.273

Ayudante Ventas 600.000 1.800.000 4.091

Jefe Adquisiciones 800.000 800.000 1.818

Cotizaciones 500.000 500.000 1.136

Subgerente Ventas 1.300.000 1.300.000 2.955

Encargado Tesoreria 600.000 600.000 1.364

Gerencia Finanzas y

Ventas

Encargado Presupuesto y Cost. 600.000 600.000 1.364

28.864

Gerente 1.800.000 1.800.000 4.091

Secretaria 550.000 1.100.000 2.500

Jefe Ingeniería 1.000.000 1.000.000 2.273

Encargado Proyectos 800.000 1.600.000 3.636

Jefe Mantención 800.000 800.000 1.818

Jefe Control de Calidad 800.000 800.000 1.818

Encargado Laboratorio 600.000 1.200.000 2.727

Jefe de Planta 1.400.000 1.400.000 3.182

Ingeniero de Procesos 900.000 900.000 2.045

Ingeniero Prevencionista 700.000 700.000 1.591

Jefe de Turno 800.000 3.200.000 7.273

Gerencia

Operaciones

Operario 350.000 5.600.000 12.727

45.682

Gerente 1.800.000 1.800.000 4.091

Secretaria 550.000 550.000 1.250

Jefe Selección Personal 800.000 800.000 1.818

Entrevistador 500.000 1.000.000 2.273

Supervisor Servicios Externos 800.000 800.000 1.818

Gerencia

RRHH

Supervisor Planeación RRHH 800.000 800.000 1.818

13.068

Remuneraciones MensualesRemuneraciones MensualesRemuneraciones MensualesRemuneraciones Mensuales US$ 79.166

112

Remuneraciones AnualesRemuneraciones AnualesRemuneraciones AnualesRemuneraciones Anuales US$ 950.000

Anexo 6. Batería incluida en propuesta TOMSA.

Sistema de recepción, preparación y almacenaje de materia prima. Preparación de Mostos. Fermentación Continua. Destilación a Vacío. Tamiz Molecular. Sistema CIP de limpieza. Tuberías y Accesorios. Piezas de Repuestos. Ingeniería & Licencia. Entrenamiento de Personal. Pruebas y Puesta en Marcha.

T O T A L: EUROS 16.471.26

SISTEMAS AUXILIARES, UTILITARIOS Y ALMACENAJE Separación de Sólidos. Evaporación. Secadero DDGS. Refacciones para dos años. Torres de Enfriamiento. Instalaciones Eléctricas + DDC. Laboratorio. Almacén de Alcohol (20 días). Denaturant Tank (1); para 10 dias (125 m3) Denatured Ethanol (2); 15 days (2x2000m3 c/u) Almacén de ácido sulfúrico. Tuberías y accesorios. Almacén de fuel-oil (15 días),1@120m3. Sistema vs. Incendios. Caldera de vapor a fuel oil (1@50 ton/hr ) Turbina a gas natural (1@5 MW) Planta de Tratamiento de Agua. Compresores. Pesa. Sistema de Control Distribuido.

113

T O T A L: EUROS 9.080.296

SECCIÓN DESTILERÍA TOTAL: EUROS 25.361.563

Planta de DDGS para destilería Separación de Sólidos. Evaporación. Secadero DDGS. Refacciones para dos años.

T O T A L : EUROS 7.104.630

Fletes y seguros a posición C.I.F puerto en Chile

T O T A L : EUROS 1.267.151

114

Anexo 7. Layout de la planta cotizada por TOMSA S.A.

115

Según el layout antes descrito, se utilizarán 3,4 hectáreas para todas las instalaciones,

lo que implica que la estimación de 4 hectáreas es certera.

Anexo 8. Permisos necesarios.

Aspectos Legales de La Empresa

La empresa se constituirá como una sociedad anónima ya que esta modalidad da la

posibilidad de vender acciones posteriormente, y de esta forma contribuir con el

financiamiento de la empresa. Además, así se protege el patrimonio de los

inversionistas del proyecto.

• Escritura de la sociedad: La Escritura de Constitución de Sociedad

establece, entre otras cosas, el tipo de sociedad, el giro o actividad comercial a

la cual se dedicará, los socios que la conformarán y sus aportes de capital

respectivos, la forma en que éstos participarán de las utilidades y cómo se

responderá en caso de pérdidas. Es un respaldo jurídico ante cualquier

eventualidad sobre los bienes de las partes involucradas ya que estipula los

límites y alcances de las responsabilidades comerciales. También detallará cómo

se administrará esa sociedad, la labor de cada uno de ellos y remuneración. En

el caso de que dentro de los socios existan cónyuges, éstos deben hacer una

declaración de separación de bienes, si esta no está estipulada en su partida de

matrimonio civil. Con este documento se puede registrar la sociedad en el

Registro de Comercio, Obtener RUT y Patente Comercial.Se requiere una

Fotocopia de Cédula de Identidad de la(s) persona(s) que conformarán la

Sociedad. En cuanto al tiempo de realización no debería durar más de 3 días

hábiles. Cualquier persona natural puede ser usuario de este trámite.

• Constitución de la Sociedad: En este proceso se legaliza la escritura de

Constitución de Sociedad redactada por un abogado o en la Notaría. Este es un

documento básico para efectuar los trámites en el servicio de Impuestos

internos y para la obtención de Patente comercial en la Municipalidad. Se

requiere la Cédula de Identidad de él o los Socios. Borrador de Escritura de

Constitución de la Sociedad. En cuanto a la duración, si la escritura está

redactada, es inmediata. En caso de que se deba redactar la escritura, esto no

debería tomar más de tres días hábiles. En el caso del Diario Oficial, el proceso

de publicación puede tardar 15 días hábiles (3 semanas).

116

• Inscripción en el Registro de Comercio: La inscripción en el Registro de

Comercio es parte de la cadena de trámites para formar una empresa o para

hacer modificaciones a una sociedad existente. Se realiza directamente en el

Conservador de Bienes Raíces, que depende de la Corte de Apelaciones de

Santiago y de las Cortes de Regiones correspondientes al domicilia establecido

por la sociedad. Para esto se requiere el extracto de la escritura de constitución

de sociedad y el formulario Nº 2.

• Obtención del RUT: Este trámite se realiza para iniciar legalmente toda

actividad productivo comercial. Además, marca el inicio de las obligaciones

como contribuyente sujeto a impuestos, los que se aplicarán mientras dure la

actividad comercial. Se requieren los siguientes documentos: Cédula de

Identidad del(os) representante(s), si actúa otra persona debe presentar

fotocopia legalizada ante Notario de la cédula del representante(s), su propia

cédula y un poder ante Notario dado por el representante(s) para actuar a su

nombre ante el Servicio. Formulario de inscripción al RUT y aviso de Inicio de

Actividades (F-4415) lleno y firmado. (Disponible en http://www.sii.cl)

Presentar escritura de creación, protocolarizada ante Notario. En el caso de las

Sociedades Anónimas y Limitadas, deben presentar además su publicación en el

Diario Oficial y su inscripción en el Registro de Comercio.

Permisos Correspondientes al Proceso Productivo

Los permisos necesarios para poder realizar el proceso productivo deben ser

tramitados en la municipalidad de la localización elegida para la planta. En general,

este es un procedimiento estándar para todas las municipalidades de Chile salvo

pequeñas variaciones. Los permisos necesarios son los siguientes:

• Solicitud Certificado de informaciones Previas: El certificado de

Informaciones Previas contiene las condiciones aplicables al predio consultado

de acuerdo con las normas urbanísticas, derivadas del Instrumento de

Planificación Territorial respectivo, e indica el número de rol de la propiedad. Es

el primer documento que debe solicitarse para conseguir Permiso de Edificación

y servirá también como certificado de número y de afectación de utilidad

pública del predio.

117

Se requiere un croquis con la ubicación aproximada del predio, indicando las

calles circundantes y las medidas aproximadas de cada uno de los deslindes.

Puede ser realizado por el mismo usuario en la solicitud.

• Permiso de Edificación: Permiso mediante el cual el Director de Obras

Municipales respectivo, autoriza la petición de un usuario para construir en el

espacio de una comuna. Sin este no podrá iniciarse obra alguna.

• Solicitud Recepción Definitiva de Obra: Autoriza a un inmueble para ser

habitado o usado en el destino previsto. Puede variar dependiendo del

municipio y del tipo de obra. Junto a la solicitud de recepción definitiva de la

obra se debe acompañar el expediente completo del proyecto construido. Aquí

se encuentran incluidos la totalidad de las modificaciones y los certificados de

recepción de las instalaciones contempladas en las especificaciones técnicas

aprobadas. Además, debe adjuntarse una declaración aclarando su hubo o no

cambios en el proyecto aprobado. Si los hubiere, deberán agregarse los

documentos actualizados en los que incidan tales cambios.

• Certificado Municipal de Zonificación: Entrega la zonificación de un predio.

Este documento indica uso de suelo y exigencias para las construcciones en una

determinada zona.

• Solicitud de Calificación de Actividad Industrial: Este documento es

requerido por el interesado en caso de tener que construir una edificación para

instalar un establecimiento industrial o para una ampliación de la misma, para

obtener el permiso de edificación municipal, o bien para regularizar

edificaciones ya construida ante la Municipalidad. Este documento califica al

establecimiento industrial ya construido o el que se proyecta implementar de

acuerdo a una categorización de impacto ambiental, como por ejemplo:

inofensivo, molesto, contaminante o insalubre, o peligroso. Debe realizarse

previo a la solicitud del Permiso Municipal de Edificación.

• Informe Sanitario: Es un documento indispensable para legitimar el

funcionamiento de todo establecimiento industrial o comercial, excepto aquellos

que requieren autorización sanitaria expresa. Es previo a la obtención de la

patente comercial y evalúa las condiciones sanitarias y ambientales básicas de

seguridad de la actividad.

118

• Solicitud de Patente Comercial: Autoriza la realización de una actividad

lucrativa secundaria o terciaria dentro de los límites de una comuna. Este

trámite debe realizarse antes de instalar el local, y no después. Es muy

importante que antes de arrendar o comprar un local, o un terreno, que se

destinará a uso comercial, se consulte el Plano regulador de cada Municipio,

para evitar clausuras.

• Declaración de Emisiones Atmosféricas para Fuentes Fijas: Es un

documento extendido por el titular o representante legal de una fuente fija

donde constan todos sus antecedentes técnicos y de identificación. Se define

como fuente estacionaria o fija a toda fuente diseñada para operar en un lugar

fijo, cuyas emisiones se descargan a través de un ducto o chimenea. Las

fuentes se dividen en puntuales (cuyo caudal o flujo volumétrico de emisión es

igual o superior a 1.000 metros cúbicos por hora, bajo condiciones estándar y

medido a plena carga) y grupales (cuyo caudal o flujo volumétrico de emisión

es inferior a 1.000 metros cúbicos por hora, bajo condiciones estándar y

medido a plena carga). La declaración es requisito previo para la obtención de

número de registro para fuentes nuevas o bien para una resolución sanitaria de

un establecimiento que posea algún tipo de fuentes fijas.

• Autorización de Disposición de Residuos Industriales Sólidos (RIS): La

acumulación, tratamiento y disposición final de residuos industriales dentro y

fuera del predio industrial, local o lugar de trabajo debe contar con autorización

sanitaria (excepto aquéllos que sean declarados como asimilables a residuos

domésticos). Se define como residuos industriales sólidos aquellos desechos o

residuos sólidos o semisólidos resultantes de cualquier proceso industrial que no

son reutilizados, recuperados o reciclados en el mismo establecimiento

industrial.

119

Anexo 9. Flujo de caja para condiciones iniciales en miles de US$.

Miles de USD

Proyecciones de Venta % 0% 50% 75% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Flujo de Caja Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10

Proyección Venta [litros] 0 40.000.000 60.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000

Ingresos

Venta Bioetanol 0 46.918 70.378 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837Venta DDGS 0 5.717 8.575 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433Ingresos totales 0 52.635 78.953 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270

Costos VariablesMaiz 0 24.651 36.977 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302Insumos Quimicos 0 5.279 7.919 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559Gasolina 0 962 1.443 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924Energia Eléctrica 0 695 1.042 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390Agua 0 167 251 334 334 334 334 334 334 334 334Vapor 0 6.415 9.623 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830Total Costos Var. 0 -38.169 -57.254 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339

Costos FijosSueldos 0 950 950 950 950 950 950 950 950 950 950Costos de Mantención 0 881 881 881 881 881 881 881 881 881 881Seguros 0 843 843 843 843 843 843 843 843 843 843Gastos Generales 0 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10Arriendo Oficinas 0 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19Total Costos Fijos 0 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702

Costos Totales 0 -40.872 -59.956 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041

Ingreso Bruto 0 11.763 18.996 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229

Depreciación 0 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 Pérdidas Ejercicio Anterior 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Utilidad Bruta 0 10.163 17.396 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629

Impuesto a la Renta 0 -1.728 -2.957 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187

Utilidad Neta 0 8.435 14.439 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442

Depreciación 0 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601Pérdidas Ejercicio Anterior 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Flujo Operacional 0 10.036 16.039 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042

Inversión -128.527 Capital de Trabajo -13.174 Valor Residual

Flujo de caja -141.700 10.036 16.039 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042

VPN -15.484 TIR (ROE) 12,9%

120

Miles de USD

Proyecciones de Venta % 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Flujo de Caja Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

Proyección Venta [litros] 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000 80.000.000

Ingresos

Venta Bioetanol 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837 93.837Venta DDGS 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433 11.433Ingresos totales 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270 105.270

Costos VariablesMaiz 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302 49.302Insumos Quimicos 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559 10.559Gasolina 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924 1.924Energia Eléctrica 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390 1.390Agua 334 334 334 334 334 334 334 334 334 334Vapor 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830 12.830Total Costos Var. -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339 -76.339

Costos FijosSueldos 950 950 950 950 950 950 950 950 950 950Costos de Mantención 881 881 881 881 881 881 881 881 881 881Seguros 843 843 843 843 843 843 843 843 843 843Gastos Generales 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10Arriendo Oficinas 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19Total Costos Fijos -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702 -2.702

Costos Totales -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041 -79.041

Ingreso Bruto 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229 26.229

Depreciación -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 -1.601 Pérdidas Ejercicio Anterior 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Utilidad Bruta 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629 24.629

Impuesto a la Renta -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187 -4.187

Utilidad Neta 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442 20.442

Depreciación 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601 1.601Pérdidas Ejercicio Anterior 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Flujo Operacional 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042

InversiónCapital de Trabajo 13.174Valor Residual 1.601

Flujo de caja 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 22.042 36.816

121

Anexo 10. Cálculo de platos columna de destilación.

122

Anexo 11. CD con planilla de cálculos de balances de masa, balances de energía y flujo de caja del proyecto.

EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE UNA … · como también eficiencia en los gastos energéticos...

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