Conductores alimentadores de bagazo para ingenios azucareros
“UTILIZACIÓN DEL BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR PARA LA...
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UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO DEPARTAMENTO DE DISEÑO INDUSTRIAL “UTILIZACIÓN DEL BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR PARA LA ELABORACIÓN DE BRIQUETAS DE COMBUSTIBLE SÓLIDO PARA USOS DOMÉSTICOS EN LA CIUDAD DE GUATEMALA ” JONATHAN MICHAEL BOARINI SORG GUATEMALA, AGOSTO DE 2006
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UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO DEPARTAMENTO DE DISEÑO INDUSTRIAL
“UTILIZACIÓN DEL BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR PARA LA ELABORACIÓN DE BRIQUETAS DE
COMBUSTIBLE SÓLIDO PARA USOS DOMÉSTICOS EN LA CIUDAD DE GUATEMALA ”
JONATHAN MICHAEL BOARINI SORG
GUATEMALA, AGOSTO DE 2006
Índice
1. INTRODUCCIÓN..........................................................5
2. DELIMITACION DE LA
INVESTIGACIÓN.........................................................6
3. MARCO TEÓRICO
a. Definición de
Desarrollo..........................................................7
b. Desarrollo
Sostenible..........................................................8
c. Energía.............................................................10
i. Transformación:
Combustión............................................11
ii. Fuentes
Alternativas............................................11
iii. Biomasa.................................................15
d. Caña de Azúcar: Historia y
Descripción.......................................................17
i. Producción
Mundial..................................................20
ii. Proceso de
Transformación......................................20
iii. Derivados...............................................27
e. Bagazo de
Caña.................................................................28
i. Usos......................................................29
ii. Composición y
combustión...........................................30
iii. Ventajas como fuente de
energía.................................................30
f. Briquetas de combustible: Definición y
usos.................................................................31
i. Utilización de
aglutinantes...........................................33
ii. Características de los
aglutinantes...........................................34
iii. Utilización de
presión...................................................34
iv. Proceso y
Maquinaria............................................35
3
4. MARCO CONTEXTUAL
a. Desarrollo sostenible: significado para
Guatemala........................................................40
b. Producción agroindustrial y pecuario en
Guatemala........................................................41
c. Mezclas de energía y usos de leña en
Guatemala........................................................42
d. Agroindustria Azucarera y usos de
bagazo.............................................................43
e. Ingenio San Diego, S.A.:
Descripción......................................................44
i. Producción y usos de bagazo del
ingenio..................................................45
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
a. Grupo /
Sector..............................................................46
b. Descripción del
problema.........................................................47
c. Objetivos.........................................................47
d. Requisitos del
Diseño..............................................................48
e. Planteamiento en forma de
pregunta...........................................................48
6. MODELO DE SOLUCIÓN
a. Componentes del Modelo de
Solución............................................................49
b. Descripción del Modelo de
Solución............................................................49
i. Descripción gráfica del Modelo de
Solución.................................................50
ii. Procedimiento y
Equipo....................................................50
c. Comparación de
resultados.........................................................53
i. Ilustraciones...........................................55
4
d. Dimensiones y Figura
Humana............................................................56
e. Elemento en
Uso...................................................................57
f. Costos..............................................................58
g. Producción Posible /
Probable...........................................................60
h. Inversión Inicial Mínima
Requerida.........................................................61
i. Estrategias posibles de
negocios...........................................................63
j. Punto de Equilibrio y Retorno Sobre
Inversión...........................................................63
k. Opciones de Distribución / Puntos de
Venta................................................................64
l. Comparación
Global...............................................................66
m. Precio, Presentación y
Empaque..........................................................66
7. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES...............................................66
8. BIBLIOGRAFÍAS.........................................................68
5
1. INTRODUCCIÓN
Guatemala, al igual que la mayoría de países en vías de
desarrollo, se ve sumada en dilemas ecológicos y
económicos, siendo uno de los más grandes el de la tala
desmedida de árboles. Dicho problema surge principalmente
a causa de la necesidad básica del ser humano de consumir y
encontrar fuentes de energía para llevar a cabo sus funciones
de supervivencia y la búsqueda constante de mejorar de su
calidad de vida. Desafortunadamente, para un gran sector de
la población guatemalteca, la única fuente de energía
económica y disponible es la leña, la cual es utilizada para
calor y cocinar. Dicha leña es obtenida por medio de la tala
de árboles, muchas veces con consecuencias extremas e
improvistas, como lo son la erosión, la pérdida de agua a
causa de la reducción del manto freático, y los deslaves,
como fue fuertemente puesto en evidencia por el paso del
huracán Stan en octubre de 2005.
Esto, combinado con malas prácticas de agricultura,
contribuyen al rápido deterioro del medio. Estos problemas
pueden ser reducidos o solucionados si utilizamos más
inteligentemente los recursos naturales del país. Guatemala
tiene un gran potencial para producir energía de formas
alternas, cosa que ha sido explorada muy poco. Es
importante que este potencial sea estudiado, ya que con el
eficiente aprovechamiento y uso de estos recursos, se
pueden crear industrias nuevas para mercados no vistos
antes, y esto en torno pueden ofrecer mayores oportunidades
de trabajo e ingresos reales para muchos. Con la
modernización y el uso ilimitado de recursos escasos, es hora
de repensar nuestro uso de los mismos y el origen de nuestra
energía.
Este trabajo tiene como propósito impulsar esa exploración,
centrándose específicamente en el problema de uso excesivo
de leña proveniente de la tala de árboles, y considerando para
esto el gigantesco potencial de utilización de biomasa
existente en Guatemala, en especial en la forma de bagazo
de caña de azúcar, un material con usos y potenciales
comprobados, y además producido en enormes cantidades en
el país, que ofrece grandes oportunidades y ventajas.
Delimitación de la Investigación
AplicacionesProcesosTipos
Bloque sólido decombustible
EcodiseñoDiseño Sostebible
Diseño
Producción Mundial
Bagazo
Derivados dela caña
Proceso deTransformación
Caña de Azúcar
Biomasa
Fuentes Alternasde Energía
DesarrolloSostenible
Desarrollo
Excedentes debagazo
Ingenio San DiegoS.A.
Escuintla
Producción decaña en Guatemala
Usos de energíaen Guatemala
Desarrollo sostebibleen Guatemala
Guatemala
3.0 MARCO TEÓRICO
3.1 Definición de Desarrollo
Existen muchas definiciones en torno al desarrollo, su
significado, y lo que constituye o no desarrollo. Como manera
general, podemos decir que es:
• Crecimiento o aumento en el orden físico, biológico,
intelectual o moral de un individuo hasta alcanzar una
plenitud aceptada.
• Crecimiento económico, social, cultural, estructural o
político de una comunidad humana y dentro de una
comunidad humana.
Existen diferentes tipos de desarrollo, entre los cuales
podemos mencionar:
- Desarrollo filogénetico (evolución en la
diversidad)
- Desarrollo ontogénetico (evolución orgánica,
biológica)
- Desarrollo cultural histórico
- Desarrollo infraestructural
- Desarrollo individual o social
Él término desarrollo, no comprende una definición clara, por
ello, si lo vemos desde el punto de vista de algo medible,
vamos a clasificar ese termino como una variable
dependiente. Se dice que el desarrollo es crecimiento,
incremento, adelanto, progreso o desenvolvimiento.1
1 Enciclopedia Oceano
8
Desarrollo como palabra, ha sido y es normalmente utilizada
para describir una infinidad de propósitos tanto teóricos como
prácticos casi siempre en relación con el crecimiento.
Gráfica que ilustra la relación entre uso de recursos y desarrollo de infraestructura. Julio Alberto Rodríguez, Universidad de Gotenburgo.
3.2 Desarrollo Sostenible
El término “Desarrollo Sostenible” es uno que ha tomado más
importancia en las prioridades individuales y gubernamentales
en los últimos años, impulsado por preocupaciones respecto a
la globalización, el avance de la tecnología, el crecimiento
poblacional, etc.
El desarrollo sostenible hace referencia a la utilización de
forma racional de los recursos naturales de un lugar, cuidando
que no sean consumidos y las generaciones futuras puedan
hacer uso de ellos igual que hemos hecho nosotros, es decir,
sin que nuestras prácticas, pongan el peligro el futuro del
medio.
La primera definición internacionalmente reconocida de
desarrollo sostenible se encuentra en el conocido como
Informe Brundtland (1987). Dicha definición se asumiría en el
Principio 3 de la Declaración de Río2 (1992): "aquel desarrollo
que satisface las necesidades de las generaciones presentes
sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras
para atender sus propias necesidades". Por tanto, el
concepto de desarrollo sostenible, si bien viene de la
preocupación por el medio ambiente, no es un concepto
fundamentalmente ambiental, sino que trata de superar la
visión del medio ambiente como un aspecto aparte de la
actividad humana que hay que preservar. El medio ambiente
2 Comisión de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas, creada en
Asamblea de las Naciones Unidas en 1983
9
está imbricado con la actividad humana y la mejor manera de
protegerlo es tenerlo en cuenta en todas las decisiones que
se adopten. El concepto de desarrollo sostenible tiene un
aspecto ambiental, uno económico y uno social.
La justificación del desarrollo sostenible proviene tanto del
hecho de tener recursos naturales limitados (nutrientes en el
suelo, agua potable, etc.), susceptibles a agotarse, como por
el hecho de que una creciente actividad económica sin más
prioridad que el económico produce problemas
medioambientales tanto a escala local como planetaria
graves, que pueden en el futuro tornarse irreversibles.
Por ejemplo, si queremos aumentar la producción en
agricultura, se puede hacer mediante puesta en regadío, uso
de fertilizantes, agricultura intensiva, etc. Pero cada una de
esas posibles acciones tiene un costo:
• Puesta en regadío: el agua es un recurso limitado; si
por ejemplo estamos obteniendo el agua de acuíferos
(pozos), tenemos que tener cuidado de tratar al agua
subterrránea también con el critero de sostenibilidad, o
tener el conocimiento suficiente de la misma que
indique las reservas, cantidad y calidad susceptible de
explotar en el espacio y en el tiempo, tasa de
recarga,lugares más convenientes de explotación,
construcción de perforaciones eficientes, etc. y que se
asegure una correcta Gestión y Protección del acuífero
a nivel legal e institucional.
• Fertilizantes (estiércol, abonos químicos, etc):
aumentan la producción, pero el agua de lluvia arrastra
disuelto parte de lo que estamos dando al suelo
(lixiviados), pudiendo acumularse en acuíferos y
resultar por tanto contaminados (como altas
concentraciones de nitrógeno). En idéntico caso nos
encontramos con los plaguicidas con el agravante de
haberse demostrado algunos de uso intensivo en
épocas pasadas, con el consiguiente problema de
salud pública.
10
• Agricultura intensiva: aumenta la producción al
introducir mayor número de plantas por metro
cuadrado de una especie especialmente adaptada,
posibilidad que ofrecen las máquinas empleadas, pero
también consume mayor cantidad de nutrientes del
suelo (y eso va a parar a la cosecha que recogemos;
no vuelve al suelo), con lo que hay que proyectar
rotaciones de cultivos (diferentes cultivos consumen en
diferentes proporciones los nutrientes del suelo y
pueden complementarse) y barbechos (dejar un tiempo
una parcela de tierra sin cultivar) para limitar la
proliferación de parásitos de nuestras plantas. También
entran en juego otros factores, como preservar la
variedad genética de las especies ya que no se sabe
qué especies serán mejor para afrontar los problemas
que surjan en el futuro.
El término desarrollo sostenible es una inapropiada traducción
del inglés. Más correctamente debería llamarse desarrollo
perdurable, ya que el desarrollo no se sostiene sino perdura
en el tiempo.
En términos generales hay dos metodologías de investigacion
del desarrollo sostenible o sustentable o perdurable:
construcción de indicadores que midan el impacto del
desarrollo en el medio ambiente (medición física) y actitudes y
opiniones de las personas sobre el deterioro del medio
ambiente (medición sociológica).
3.3 Energía
La energía se define como la capacidad de un sistema de
poner en movimiento una máquina o, más rigurosamente, de
realizar un trabajo. Su magnitud es igual al del trabajo
requerido para llevar al sistema al estado correspondiente,
desde uno de referencia, generalmente de un nivel de energía
nulo. No es un fenómeno físico medible, es sólo una
herramienta matemática, ya que es mucho más fácil trabajar
con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con
vectoriales como la velocidad y la posición. Así se puede
11
describir completamente la dinámica de un sistema en función
de las energías cinética y la potencial de sus componentes.3
3.3.1 Transformación de la Energía: Combustión
La combustión es una reacción química en la que un
elemento combustible se combina con otro comburente
(generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso),
desprendiendo calor y produciendo un óxido. Los tipos más
frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que
contienen carbono e hidrógeno. El producto de esas
reacciones puede incluir monóxido de carbono (CO), dióxido
de carbono (CO2), agua (H2O) y cenizas El proceso de
destruir materiales por combustión se conoce como
incineración.
3 Enciclopedia Oceano
3.3.2 Fuentes Alternativas de Energía
La disponibilidad de los recursos energéticos es uno de los
factores más importantes en el desarrollo tecnológicos de las
naciones. A su vez, el desarrollo tecnológico determina la
utilización de ciertos tipos de energía y, por lo tanto, la
disponibilidad de ese recurso.
Los recursos energéticos son usados por el hombre para
satisfacer algunas de sus necesidades básicas en forma de
calor y trabajo.
Todas estas formas de energía han sido producidas por el
hombre, sin embargo, existe una fuente de energía inagotable
que no ha sido aprovechada al máximo; la energía solar. Esta
y otros tipos de energía serán estudiadas a través de todo el
desarrollo del trabajo
La principal fuente de energía para los seres vivos del planeta
es la luz solar, es decir, el conjunto de radiaciones que nos
llegan del Sol y que atraviesa el espacio, primero, y después
la atmósfera. No todas las radiaciones alcanzan la superficie
12
de la tierra y menos el fondo de los océanos, ni tampoco la
energía que transporta.
Más o menos la mitad del total de esas radiaciones se agrupa
bajo lo que llamamos luz visible.
Además, nos llegan también rayos gamma, luz ultravioleta y
luz infrarroja, entre otras.
Toda esa energía se aprovecha de diversas maneras, pero
son las plantas autótrofas los principales organismos que la
utilizan para sintetizar, con su ayuda y a partir de elementos o
compuestos inorgánicos, materia orgánica. Los animales y los
restantes organismos heterótrofos se alimentan después a
partir de esa materia orgánica ya elaborada, incorporando así
su cuerpo la energía solar fijada a través de los autótrofos.
Las sociedades modernas precisan de un elevado consumo
de energía que en los países desarrollados procede
fundamentalmente del petróleo y las centrales nucleares. El
inconveniente de los combustibles fósiles es que se agotan y
que el consumo crea graves problemas ecológicos y
medioambientales. Las centrales nucleares, que prometían
ser una alternativa, han resultado ser antieconómicas, en gran
parte debido a la exigencia de complejos sistemas de
seguridad para evitar catástrofes y al difícil problema de la
eliminación de los residuos contaminantes.
En la actualidad, el desafío consiste fundamentalmente en
encontrar energías alternativas no contaminantes, que sean
eficaces y que favorezcan el ahorro energético.
Energía Solar
El aprovechamiento de la energía solar parece ser la
alternativa más prometedora, pues permite diversas formas
de captación y transformación. Así, las células fotovoltaicas
convierten la luz solar en energía eléctrica; los colectores
absorben calor directamente y lo transfiere a otro medio como
el agua; las centrales heliotérmicas utilizan baterías de espejo
para concentrar los rayos, solares sobre un colector central,
donde se forma el vapor que acciona la turbina generándose
electricidad.
13
Ahora bien, la capacidad de los rayos solares se encuentra
muy disminuida en la superficie terrestre, por lo que se están
realizando investigaciones sobre la posibilidad de sintetizar
inmensos paneles que, situados en órbita geoestacionaria,
radiarían la energía captada a la tierra.
Paneles solares en Nuevo México, Estados Unidos.
La Energía Eólica
El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado
lugar a modernas hélices que aprovechan la energía eólica
para generar electricidad. Estos aeromotores pueden
instalarse aislados o bien en agrupaciones que aportan
energía a las redes de distribución. Sin embargo, el viento
tiene dos características que lo diferencia de otras fuentes
energéticas: su imprevisible variabilidad y su dispersión. Ello
obliga a sutiles perfeccionamientos en el diseño de las palas y
el sistema de control que regula las revoluciones por minuto,
para evitar velocidades, excesivas durante los vendavales y
orientar el rotor hacia la posición más favorable.
La Energía Hidráulica
En las centrales hidroeléctricas se aprovecha la energía del
agua procedente de los ríos y en los países montañosos con
muchos ríos constituye una importante fuente de suministro
energético. Una alternativa interesante son las centrales
mareomotrices. En ellas se utiliza la energía desarrollada por
las mareas, es decir, se aprovecha la diferencia de niveles de
agua..
14
Otras Fuentes Energéticas
El hidrógeno líquido ha sido utilizado en la propulsión de
prototipos de automóviles, pero su elevado costo y su difícil
almacenamiento, y el hecho de ser muy explosivo, limitan por
el momento su comercialización, pese a tratarse de una de
las energías más limpias y adecuadas para el medio
ambiente.
Otra fuente de energía la constituyen las centrales
geotérmicas, las cuales aprovechan el calor de las rocas en
las zonas calientes del interior de la tierra.
Riesgos de energía nuclear
Las centrales nucleares generan energía eléctrica. En ellas, el
vapor necesario para mover las turbinas se obtiene del calor
emitido por reacción nuclear en el reactor.
En el interior de dichos reactores se dividen núcleos atómicos
pesados, por ejemplo el uranio, y se libera energía en forma
de calor.
Sin embargo, además de calor, una central nuclear genera
gran cantidad de radiación nociva. En consecuencia, es
necesario dotarla de un escudo protector formado por tres
barreras, la última de las cuales es un revestimiento exterior,
para todo el conjunto de hormigón armado.
Pese a la comprobada peligrosidad de los accidentes en
centrales nucleares, estas siguen construyéndose.
El
“Sarcófago” en Chernobyl, un recordatorio de los potenciales peligros de
la energía nuclear.
15
Energía Fósil
Se llama energía fósil la que se obtiene de la combustión
(oxidación) de ciertas substancias que, según la geología, se
produjeron en el subsuelo a partir de la acumulación de
grandes cantidades de residuos de seres vivos, hace millones
de años.
El petróleo es una mezcla de una gran variedad de
hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) en fase
líquida, mezclados con una variedad de impurezas. Por
destilación y otros procesos, se obtienen las diversas
gasolinas, el diesel, la turbosina, la tractolina, el chapopote,
etc. En el ámbito mundial ya no es un recurso abundante. El
gas natural está compuesto principalmente por metano y
corresponde a la fracción más ligera de los hidrocarburos, por
lo que se encuentra en los yacimientos en forma gaseosa. El
carbón mineral es principalmente carbono, también de origen
fósil, que se encuentra en grandes yacimientos en el
subsuelo. A nivel mundial, el carbón mineral es abundante.
Los problemas ecológicos que causa son aún mayores que
los inherentes al petróleo y sus derivados.
3.3.3 Biomasa: Definición y Ejemplos
Biomasa, abreviatura de masa biológica, cantidad de materia
viva producida en un área determinada de la superficie
terrestre, o por organismos de un tipo específico. El término
es utilizado con mayor frecuencia en las discusiones relativas
a la energía de biomasa, es decir, al combustible energético
que se obtiene directa o indirectamente de recursos
biológicos. La energía de biomasa que procede de la madera,
residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente
principal de energía de las zonas en desarrollo. En algunos
casos también es el recurso económico más importante,
como en Brasil, donde la caña de azúcar se transforma en
etanol, y en la provincia de Sichuán, en China, donde se
obtiene gas a partir de estiércol. Existen varios proyectos de
investigación que pretenden conseguir un desarrollo mayor de
la energía de biomasa, sin embargo, la rivalidad económica
16
que plantea con el petróleo es responsable de que dichos
esfuerzos se hallen aún en una fase temprana de desarrollo.
Los combustibles derivados de la biomasa abarcan varias
formas diferentes, entre ellas los combustibles de alcohol
(mencionados antes en este artículo), el estiércol y la leña. La
leña y el estiércol siguen siendo combustibles importantes en
algunos países en vías de desarrollo, y los elevados precios
del petróleo han hecho que los países industrializados
vuelvan a interesarse por la leña. Por ejemplo, se calcula que
casi la mitad de las viviendas de Vermont (Estados Unidos) se
calientan parcialmente con leña. Los científicos están
dedicando cada vez más atención a la explotación de plantas
energéticas, aunque existe cierta preocupación de que si se
recurre a gran escala a la agricultura para obtener energía
podrían subir los precios de los alimentos.
Algunos Ejemplos de fuentes de energía obtenidos de la
Biomasa
Biodiesel
Se trata de un combustible que se obtiene por la
transesterificación de trigliceridos (aceite). El producto
obtenido es muy similar al gasóleo obtenido del petróleo
(también llamado petrodiésel) y puede usarse en motores de
ciclo diésel, aunque algunos motores requieren
modificaciones.
Proceso: El proceso de transesterificación consiste en
combinar el aceite (normalmente aceite vegetal) con un
alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo
glicerina que puede ser aprovechada por la industria
cosmética, entre otras
La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, pues es
la planta con mayor rendimiento de aceite por hectárea,
aunque también se pueden utilizar aceites usados (por
ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso, la materia prima es
muy barata y además se reciclan lo que en otro caso serían
residuos.
17
Ventajas: El biodiesel no contabiliza en la producción de
anhídrido carbónico porque se supone que las plantas
absorbieron ese gas en su crecimiento, así que, por ello,
ayuda a contener la emisión de gases de efecto invernadero.
En realidad la cuenta no es tan sencilla, pues el metanol que
se emplea en su fabricación se suele obtener del petróleo, por
lo que el balance de CO2 no es nulo. Se podría obtener
metanol de la madera, pero resulta más costoso.
Además, es una fuente de energía renovable, siempre que el
metanol se obtenga a partir de la madera. Desventajas: A
pesar de sus muchas ventajas, también presenta algunos
problemas. Deja más residuos en los motores, en forma de
carbonilla, y los motores arrancan peor en frío. Por ello, se
usa mezclado con petrodiésel o bien se modifican los
vehículos para que dispongan dos depósitos, arrancando con
petrodiésel y conmutando posteriormente a biodiésel.
Además, la cantidad de terreno que sería necesario cultivar
sólo para abastecer el transporte por carretera (olvidándo los
consumos en calefacción, industria, transporte aéreo, etc.) no
sólo supondría un desatre ecológico, sino también una
imposibilidad física.
3.4 Caña de Azúcar: Historia y Descripción4
Perteneciente a la familia de las gramíneas, con el tallo
leñoso, de unos dos metros de altura, hojas largas, lampiñas
y flores moradas en forma piramidal. El tallo está lleno de un
tejido esponjoso y dulce del cual se extrae el azúcar.
La caña de azúcar se cultiva prácticamente en todas las
regiones tropicales y subtropicales de la tierra.
Aunque la cosecha de la planta se realiza aproximadamente
cada año (en las regiones cálidas), su rápida capacidad de
rebrote permite varias cosechas sucesivas a partir de la
siembra inicial. En Guatemala las renovaciones del cultivo se
realizan entre cada cuatro y ocho años y es común encontrar
en las zonas costeras cultivos con más de 20 años de
establecidos. 5Al ser un cultivo perenne permite una captura
4 James C. P. Chen: Manual del Azúcar de Caña 5 Dato obtenido de visita a Ingenio San Diego, S.A., Gracias Ing. Joaquín Valerdi
18
permanente del recurso tropical más abundante, la luz solar,
disminuye los costos y los riesgos asociados a la siembra en
los cultivos semestrales y anuales y mantiene una cobertura
constante sobre el suelo lo que disminuye los costos de
control de malezas y permite un uso más eficiente del agua,
así como un mejor control de la erosión.
Durante su largo proceso evolutivo la caña ha desarrollado
una muy alta capacidad para la producción y almacenamiento
de sacarosa (azúcar). Ha sido esta cualidad por la cual el
hombre ha cultivado y continúa cultivando la caña y por lo
cual su cultivo se ha diseminado por todo el mundo tropical y
subtropical.
La caña de azúcar está constituida básicamente por agua y
carbohidratos. Los carbohidratos se hayan presentes en
forma tanto insoluble en agua (la fibra) como soluble
(sacarosa, glucosa, fructuosa). Los contenidos de cenizas,
lípidos (extracto etéreo) y proteína son prácticamente
despreciables.
Para la agroindustria azucarera la sacarosa presente en la
planta de la caña es el elemento que finalmente saldrá al
mercado, ya sea en forma de azúcar o en forma de panela.
Por lo tanto, el cultivo de la caña, sus prácticas agronómicas y
los programas de mejoramiento genético, han estado
encaminados hacia la selección de variedades que produzcan
mayores niveles de sacarosa por unidad de área. La sacarosa
constituye aproximadamente el 50% del total de la materia
seca del tallo maduro de la caña de azúcar.6
Las exigencias de humedad y variación de temperatura para
obtener los máximos niveles de sacarosa han llevado a que
en la mayor parte de las regiones azucareras del mundo, con
excepción del Valle del Cauca, Hawai y Perú, la cosecha de
caña se realice únicamente durante una época del año, en lo
que se denomina la zafra.
Algunos términos generales de la caña de azúcar:
6 James C. P. Chen: Manual del Azúcar de Caña
19
Caña: es la materia prima normalmente suministrada a la
fábrica y que comprende la caña propiamente dicha, la paja,
el agua y otras materias extrañas,
Paja: es la materia seca, insoluble en agua, de la caña
Jugo Absoluto: son todas las materias disueltas en la caña,
mas el agua total de la caña.
Bagazo: es el residuo después de la extracción del jugo de la
caña por cualquier medio, molino o presa.
Jugo Residual: es la fracción de jugo que no ha podido ser
extraída y que queda en el bagazo.
Brix: El Brix de una solución es la concentración (expresada
en g de concentrado en 100 g de solución) de una solución de
sacarosa pura en agua.
Pol: es la concentración expresada en g de solución en 100 g
de solución. De una solución de sacarosa pura en agua.
Almacenamiento a Granel del Azúcar Refinado:
Es regla general, almacenar el azúcar terminado en grandes
depósitos o silos. Los depósitos o silos no solo permiten que
se empaquen únicamente durante el día, también dan por
resultados altos ahorros, ya que el empacado se puede
efectuar en respuesta a los seguimientos de las empaques de
jugo de empacar el azúcar conforme se produce y almacena
el producto empaquetado.
Envases:
Casi todo el azúcar refinado se empaca hoy en día en bolsas
de papel o cajas de cartón. Las bolsas de papel del tipo de
paredes múltiples incluyen bolsas individuales de 100,50 y
25lb; bolsas de 2,5 y 10 lb y bolsas plásticas de 1,2 y 5 lb
para los azúcares blandos y en polvo 3 empacados en
contenedores de cartón.
20
3.4.1 Producción Mundial de Caña
Cifras expresadas en Toneladas Métricas (MT)7
Brazil 363,720,992
India 297,208,000
China 90,106,880
Tailandia 74,258,000
Pakistán 48,041,600
México 45,635,300
Colombia 35,800,000
Cuba 34,700,000
Australia 32,260,000
Estados Unidos 32,253,140
Filipinas 27,202,900
Indonesia 25,530,000
Sudáfrica 23,013,000
Argentina 19,250,000
7 Datos de la FAO (Food and Agriculture Organization), correspondientes al año
2004.
GUATEMALA 17,489,900
Vietnam 17,120,000
Egipto 16,016,000
Perú 9,100,000
Venezuela 8,525,820
Bangladesh 6,502,000
3.4.2 Proceso de transformación8
1. Deshidratación
2. Deshidratación por Aire Caliente
3. Mecanismo de la Deshidratación
4. Deshidratadores de Aire Caliente
5. Efectos Sobre los alimentos
6. Resumen del Proceso de Fabricación de Azúcar de
Caña Crudo
7. Algunas Definiciones Generales de la Caña de Azúcar
8. Almacenamiento a Granel del Azúcar Refinado
8 James C.P. Chen: Manual del Azúcar de Caña
21
9. Envases
Deshidratación: Consiste en la eliminación del agua e un
alimento en forma de vapor mientras este está siendo
calentado. Se define como aquella operación unitaria
mediante la cual se elimina la mayor parte del agua de los
alimentos, por evaporación, aplicando calor.
El objetivo principal de la deshidratación consiste en prolongar
la vida útil de los alimentos por reducción de su actividad de
agua.
La deshidratación reduce también su peso y volumen, lo que
reduce los gastos de transporte y almacenamiento. En
algunos casos sirve también para poner alcance del
consumidor una mayor variedad de alimentos de mas cómoda
utilización. La deshidratación altera en cierto grado, tanto las
características organolépticas, como el valor nutritivo de los
alimentos.
Deshidratación por Aire Caliente: La capacidad del aire para
eliminar el agua de un alimento depende de su temperatura y
del agua que contiene, que se expresa como (humead
absoluta), (HA) en kg; humedad relativa (HR) en porcentaje,
que representan la relación existente entre la presión parcial
del vapor de agua en el aire y la presión de vapor de
saturación a la misma temperatura multiplicado por cien.
Mecanismo de la Deshidratación: Cuando el aire caliente
entra en contacto con un alimento húmedo, su superficie se
calienta y el calor transmitido se utiliza como calor latente de
evaporación, con lo que el agua que contiene pasa a estado
de vapor. El agua escapa de la superficie de los alimentos por
los siguientes mecanismos:
1. Por capilaridad.
2. Por difusión, provocada por las diferencias en las
concentraciones de solutos entre las distintas partes
del alimento.
3. Por difusión del agua, absorbida en diversas capas
sobre las superficie de los componentes sólido del
alimento.
22
4. Por difusión gaseosa provocada por el gradiente de
vapor existente en el interior del alimento.
Deshidratadores de Aire Caliente: Son unas instalaciones
cilíndricas o rectangulares en las que el producto descansa
sobre una malla. En ellas el alimento es atravesado por un
flujo de aire caliente a una velocidad relativamente baja. Estas
instalaciones posee una gran capacidad de deshidratación y
son baratas de adquisición y de funcionamiento.
Efectos Sobre los alimentos:
Textura: La principal causa de alteración de la calidad de los
alimentos deshidratados por estos sistema reside en las
modificaciones que estos provocan en su textura. En los
alimentos adecuadamente encaldados las pérdidas de
texturas están provocadas por la gelatinización del almidón, la
cristalización de la celulosa y por tensiones internas
provocadas por variaciones localizadas en el contenido en
agua durante la deshidratación.
Bouquet y Aroma: El calor no solo provoca el paso el agua a
vapor durante la deshidratación, sino también la pérdida de
algunos componentes volátiles del alimento. La intensidad
con la que esta pérdida se produce depende de las
temperaturas y de las concentraciones de sólidos en el
alimento, así como en la presión de vapor de las sustancias
volátiles y su solubilidad en el vapor de agua.
Color: La deshidratación cambia las características de la
superficie de los alimentos y por tanto su color y reflectancia.
Los cambios químicos experimentados por los pigmentos
derivados, el caroteno y la clorofila, están producidos por el
calor y la oxidación que tienen lugar durante la
deshidratación. Por lo general, cuanto mas de largo es el
proceso de deshidratación y mas elevada la temperatura,
mayores son las pérdidas de estos pigmentos.
Valor Nutritivo: Las pérdidas de valor nutritivo que se
producen durante la preparación de frutas y verduras son
generalmente mayores que las que ocasiona el propio
proceso de deshidratación.
23
Resumen del Proceso de Fabricación de Azúcar de Caña
Crudo:
1. Extracción del Jugo:
Caña en banda hacia prensa extractora de jugos. Foto por Jonathan
Boarini
la extracción del jugo moliendo la caña entre pesados rodillos
o mazas constituye la primera etapa del procesamiento de del
azúcar crudo. Primero, la caña se prepara para la molienda
mediante cuchillas giratorias que cortan los tallos en pedazos
pequeños, mediante molinos de martillo que desmenuzan
pero no extraen el jugo, o bien, en forma mas general, por
una combinación de dos o tres de dichos métodos.
En las prácticas de molienda, mas eficientes, mas del 95% del
azúcar contenido en la caña pasa a guarapo; este porcentaje
se conoce como la extracción de sacarosa (por dela
extracción, o mas sencillamente, la extracción).
2. Purificación del Guarapo: Clarificación:
el jugo de color verde oscuro procedente de los trapiches es
ácido y turbio. El proceso de clarificación (o defecación),
diseñado para remover las impurezas tanto solubles como
insolubles, emplea en forma general, cal y calor agentes
clarificante. La lechada de cal, alrededor de 16 (0,5 kg) (CaO)
por tonelada de caña, neutraliza la acidez natural del guarapo,
formando sales insolubles de calcio. El jugo clarificado
transparente y de un color parduzco pasa a los evaporadores
sin tratamiento adicional.
24
Filtros clarificadores. Foto por Jonathan Boarini.
3. Evaporación:
el jugo clarificado, que tiene mas o menos la misma
composición que el jugo crudo extraído, excepto las
impurezas precipitadas por el tratamiento con cal, contiene
aproximadamente un 85 % de agua. Dos terceras partes de
esta agua se evapora en evaporadores de vacío de múltiple
efecto, los cuales consisten en un necerión (generalmente
cuatro) de celdas de ebullición al vacío.
Calderas de evaporación. Foto por Jonathan Boarini
4. Clarificación del Jugo Crudo:
el proceso es similar a la fosfatación del refundido en unas
refinerías de azúcar. En este caso, se añaden al jarabe o
meladura cal y ácido forfórico, luego se airea junto con la
adición de un polímero floculante.
25
5. Cristalización:
la cristalización tiene lugar en tachas al vacío de simple
efecto, donde el jarabe se evapora hasta quedar saturado de
azúcar. En este momento se añaden semillas a fin de que
sirvan de medio para los cristales de azúcar, y se va
añadiendo mas jarabe según se evapora el agua. El
crecimiento de los cristales continua hasta que se llena el
tacho.
La templa (el contenido del tacho) se descarga luego por
medio de una válvula de pie a un mezclador o cristalizador.
6. Centrifugación o Purga; Re-bullición de las Mieles:
La masa cocida proveniente del mezclador o del cristalizador
se lleva a máquinas giratorias llamadas centrifugador.
El tambor cilíndrico suspendido de un eje tiene paredes
laterales perforadas, forradas en el interior con tela metálica,
entre éstas y las paredes hay láminas metálicas que
contienen de 400 a 600 perforaciones por pulgada cuadrada.
El tambor gira a velocdades que oscilan entre 1000 1800 rpm.
El revestimiento perforado retiene los cristales de azúcar que
puede lavar con agua si se desea. El licor madre, la miel,
pasa a través del revestimiento debido a la fuerza centrífuga
ejercida (de 500 hasta 1800 veces la fuerza de la gravedad), y
después que el azúcar es purgado se corta, dejando la
centrífuga lista para recibir otra carga de masa cosida. Las
máquinas modernas son exclusivamente del tipo de alta
velocidad (o de una alta fuerza de gravedad) provistas de
control automático para todo ciclo. Los azúcares de un grado
pueden purgarse utilizando centrífugas continuas.
Centrífuga de cristalizado. Foto por Jonathan Boarini.
26
7. Historia de la Maquinaria, el Equipo y los Procesos:
La mayor parte de los equipos básico se desarrolló
específicamente par la producción azucarera y mas tarde se
adaptó para usos generales. El azúcar fue la primera industria
alimenticia en emplear química, y de adelantó por muchos
años a las modernas ideas de control técnico y químico tan
corrientes ahora en las grandes fábricas.
8. Máquinas y Equipos:
los primeros tipos de molinos de caña empleaban rodillos
verticales de madera molida por animales, fuerza hidráulica, o
motores de viento. Se le atribuye a Sematon9 haber sido el
primero en disponer tres rodillos horizontales en la forma
triangular actual, y algunos prestigiosos autores afirman que
fue el quien ideó el primer molino de este tipo, movido por
vapor en Jamaica.
9 Inventor francés del diseño actual de molinos de caña de azúcar, finquero quien
trabajó la caña de azúcar en Jamaica durante la segunda parte del siglo 19. James.
P. Chen, “Manual del Caña de Azúcar.”
9. Capacidad del Equipo:
debido al hecho de que son muchos los factores que influyen
en la selección del equipo adecuado en el ingenio azucarero,
las cifras promedios podrían conducir a conclusiones
erróneas. Las condiciones locales, las características y
riqueza del contenido de la caña, el tipo de proceso, la calidad
deseada de la producción y muchas otras consideraciones,
afectan el tamaño y capacidad de maquinas y equipos en las
diferentes estaciones de la fábrica.
27
Diagrama continua en la siguiente página.
Proceso de Elaboración del Azúcar. Zucarmex, S.A. de C.V.
3.4.3 Derivados de la caña10
Productos Biotecnológicos
• Levadura Torula a partir de mieles y jugos
• Levadura Torula a partir de vinazas
• Biogás a partir de residuales de destilerías
• Producción de mieles ricas y deshidratadas
• Miel proteica
• Setas comestibles
• Tratamiento de residuales azucareros
• Tratamiento, manipulación y almacenamiento de
bagazo y residuos de la cosecha
• Complejo de Hierro-Dextrana
• Enriquecedor de Compost
• Enraizante BIOINDOL
• Biofertilizante AZOSPIRILLUM
• Antifungico foliar GLUTICID
10 Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar
28
• Inóculo de RHIZOBIUM para leguminosas
• Licor biólogico para almacenamiento de bagazo
• Probiótico para aves y cerdos (PROBLAC)
• Elaboración de bloques multinutricionales
• Bagazo hidrolizado para alimento animal
Productos Químicos
• Rones y Aguardientes de calidad
• VODKA
• Producción de Miel-Urea-Bagacillo
• Primarios anticorrosivos a partir del Furfural
• Paneles de Bagazo Cemento
• Aislantes térmicos
• Resinas furánicas para fundición
• Recuperación de alcohol amílico
Otros Productos
• Tratamiento, manipulación y almacenamiento de
bagazo y residuos de la cosecha.
• Producción de miel-urea-bagacillo.
• Elaboración de bloques multinutricionales.
• Bagazo hidrolizado para alimento animal.
• Productos aglomerados
• Materiales de construcción
3.5 Bagazo de Caña
El término “bagazo” se refiere al residuo fibroso resultante de
la extracción de jugo de una fruta o planta. El bagazo de
caña de azúcar es un material leñoso. Consiste en un residuo
fibroso obtenido del prensado y extracción de los jugos de la
caña. Formado mayoritariamente de agua, fibra celulosa y
pequeñás cantidades de sólidos solubles. Su composición
variará dependiendo del tipo de caña, su madurez, método de
cosecha y la eficiencia del ingenio.11 La composición normal
es como sigue:
Composición Rango (Porcentaje)
Humedad 46-52
11 James C. P. Chen: Manual del Azúcar de Caña
29
Fibra Celulosa 43-52
Sólidos solubles 2-6
La utilidad del mismo dependerá de su valor calórico, el cual
se ve afectado por la humedad del ambiente.
3.5.1 Usos del bagazo12
El bagazo de caña de azúcar es uno de los deshechos
agrícolas más versátiles y útiles para ser re-utilizado en
muchas aplicaciones. Con el avance de la tecnología y el
surgimiento de re-pensar la manera en que se satisfacen
muchas necesidades, se logra diversificar sus aplicaciones.
1. Papel: La pulpa de bagazo es utilizada para la
fabricación de envolturas, papel higiénico, pañuelos
faciales, toallas, papel corrugado, y cartón.
12 Emile Hugot: Handbook of Cane Sugar Engineering
2. Tablas de fibras prensadas: Hecho con el método de
“afieltrado” en el cual se entrelazan las fibras por medio
de presión para lograr tablones sólidos.
3. Tableros aglomerados: Combinación de fibras de
celulosa con aglutinantes, pegamentos o presiones
para lograr un material utilizable en la construcción.
4. Alfa-Celulosa: Utilización de las partículas finas del
bagazo para la elaboración de rayón y altos explosivos.
5. Camas para ganado: Utilizado como relleno en camas
para vacas y otras bestias.
6. Plásticos: Utilización de la liginia presente en el
bagazo para la elaboración de productos plásticos.
7. Xilitol de bagazo: Conocido también como “azúcar de
madera,” endulzante para diabéticos.
8. Bagazo Hidrolizado: Utilizado como alimento para
ganado.
30
3.5.2 Combustión del bagazo
Expresado en Kcal/kg13
Alcohol Etílico 5829 Kcal/kg
BAGAZO CAÑA 2200 a 3300 Kcal/kg
Biogas 4100 Kcal/kg
Rastrojo de Maíz 3200 Kcal/kg
Carbón Mineral 5200 a 7750 Kcal/kg
Carbón Vegetal 6600 Kcal/kg
Ciscara de Arroz 3900 Kcal/kg
Gasolina Nafta 10500 Kcal/kg
Keroseno 10300 Kcal/kg
Marlo de Maíz 3600 Kcal/kg
3.5.3 Ventajas del Bagazo como fuente de energía
13 Datos de la FAO, año 2004.
La agroindustria azucarera es la fuente más importante de
energía renovable en Guatemala, ya que la caña de azúcar
además de ser el principal cultivo del país, es el captador vivo
más eficiente de la energía solar lo que determina los altos
rendimientos agrícolas que se pueden obtener como cultivo
anual.
La biomasa en la caña de azúcar se distribuye entre el tallo
verde (75%) y los residuos agrícolas cañeros, en estos
últimos se incluye el cogollo (parte superior de la planta 30%),
hojas secas (30%) y hojas verdes (40). La biomasa
aprovechable energéticamente es el bagazo y los residuos
agrícolas cañeros. El bagazo representa el 30% de los tallos
verdes molidos y es el residuo fibroso de este proceso, se
obtiene con un 50% de humedad, esto significa que por cada
hectárea cosechada es posible obtener anualmente 13,5 t de
bagazo equivalentes a 2,7 tce. 14
Economía: Por tratarse de un deshecho agroindustrial, es de
bajo precio, vendiéndose a 12 dólares por tonelada métrica.
14 Datos de Ingenio San Diego, obtenidos en visita.
31
Abundancia y disponibilidad: Por ser la agroindustria
azucarera una de las más importantes y grandes del país,
está prácticamente garantizada la disponibilidad del bagazo.
3.6 Briquetas o Bloques sólidos de combustible:
Definición y usos15
Las briquetas, conocidas también como bloques sólidos de
combustible, se definen como cualquier objeto sólido
producido a partir de la aglomeración, prensado o pegado de
material mineral u orgánico, con el propósito de ser quemado,
ya sea en usos domésticos, como cocinas, o usos
industriales, como hornos y producción de electricidad.
En 1848, se le concedió una Patente a William Easby para un
método de conversión de carbón en bloques sólidos. En su
requerimiento, Easby hizo únicamente una reivindicación, “La
formación de pequeñas partículas de cualquier variedad de
carbón en turrones sólidos a través de presión”. En una
igualmente breve descripción del proceso, menciona “La
15 K.R. Komarec, Inc.
utilidad y la ventaja de la descubierta es que, a través de ese
proceso, un artículo de pequeño valor, casi despreciable,
puede convertirse en un valioso material combustible para
navíos a vapor, fraguas, culinaria y otras finalidades,
ahorrando así lo que hasta ahora se pierde”.
Easby, en sus pocas palabras, había patentado toda la
industria de briqueteado de carbón y de esa forma, estableció
la razón para su existencia.
Casi 50 años más tarde, la presión económica sumó fuerzas
al progreso tecnológico para materializar la visión de Easby.
El proceso de briqueteado de carbón, de la forma que al fin
evolucionó en los Estados Unidos, consistía primero en secar
el carbón, enseguida triturarlo y tamizarlo; mezclar el carbón
seco con aproximadamente 6% de aglutinante asfáltico
derretido, briquetear esa mezcla en máquinas de briquetas
del tipo Rodillo y finalmente resfriar las briquetas en un
transportador antes de cargarlas en carros o desviarlas para
la pila de almacenaje. Más de 6 millones de toneladas de
briquetas de carbón eran producidas anualmente en los
32
Estados Unidos antes de que el proceso se sustituyera por el
petróleo y por el gas, productos más baratos, luego después
de la Segunda Guerra Mundial.
Las briquetas hechas por ese proceso eran usadas
principalmente para calentamiento doméstico, y muchas
tentativas se hicieron en el sentido de eliminar el aglutinante
asfáltico, ya que el humo proveniente del aglutinante era la
mayor restricción que se le hacía al producto.
El briqueteado de carbón, hoy día, tiene un interés más
histórico. El carbón es briqueteado como una etapa inicial en
la producción del carbón activado. Hay una curiosidad
creciente en el briqueteado del carbón para reaprovechar
reservas de materias primas de tamices abandonados. El
carbón que se trituró al ser transportado a través de canales o
triturado para su limpieza con el objetivo de remover azufre y
cenizas, no puede embarcarse rápidamente sin que se
reaglomere para un tamaño más grande. El carbón más
chiquito que un cuarto de pulgada (6,4mm), no puede usarse
sin aglutinación en algunos de los procesos para
combustibles sintéticos. El briqueteado se usa en la
producción de coque moldeado y también posee ventajas en
la producción de coque de grado metalúrgico.
El carbón que lanzó una gran industria de briqueteado en la
primera mitad del siglo XX, puede muy bien completar el ciclo
este siglo.
Algunos ejemplos de materiales transformados en briquetas. Komarek, Inc.
1. Tamizados de cromita con 2 1/4% de melaza y 2% de
Ca(OH)2
33
2. Tamizados de coque con 8% de aglutinante de alcatrán
de brea de carbón
3. Colector de polvo de carbón comprimido solamente
con presión
4. Cloruro de sodio prensado con rodillos lisos
5. Chatarra de polietileno prensada con rodillos
corrugados y ajedrezados
6. Pelotas de cloruro de sodio prensadas a 100°C
solamente con presión
7. Briqueta de mineral y coque compuesto
8. Fluorita y cal comprimida solamente con presión
9. Tamizados de hematita con aglutinante de cal-melaza
10. Carbón de menos 60 mesh comprimido solamente con
presión
11. Mineral de plomo y arena con aglutinante de cal-
melaza
12. Mezcla de batelada de vidrio con un 8% de agua
13. Óxido de magnesio comprimido solamente con presión
14. Mineral de cromita con aglutinante de cal-melaza
15. Tamizados de pelotas reducidas de Midrex con 1 1/2%
de silicato de sodio y 1% de Ca(OH)2 como aglutinante
16. Lateritas de níquel con 10% de agua
17. Aristas de torneado de latón desengrasadas a caliente
comprimidas solamente con presión
18. Limalla de la perforación de hierro fundido prensada a
650°C
19. Polvo metálico de níquel con 0,2% de aglomerante de
Acrysol prensado en una tira continuada
20. Tamizados de hierro reducido prensado en una tira
continuada solamente con presión
3.6.1 Fabricación de Briquetas con Aglutinantes
Muchos materiales se briquetean con aglutinantes. Mineral
de hierro y cromita son briqueteados con un aglutinante hecho
de cal e melaza. La Fluorita también se briqueta con
aglutinante de cal y melaza y también con silicato de sodio. El
Cemento Portland se usa como un aglutinante para la bauxita
y los aglutinantes de lignosulfonato, que son un residuo de la
industria papelera y se usan para minerales de cobre y para la
34
magnesita. En mezclas para gran cantidad de vidrios, agua y
tonel forman un aglutinante para arena silicona.
3.6.2 Características de los Aglutinantes
Los aglutinantes se dividen según su función en: aglutinantes
del tipo matriz, del tipo película y los aglutinantes químicos.
Algunos ejemplos de cada uno de ellos se listan a seguir:
Tipo Matriz Tipo Película Químicos
Carbón Brea Silicato de Sodio
Silicato con CO2 Asfalto de petróleo Agua de Alcatrán
Cemento Portrland Lignosulfonatos
Aglutinantes del tipo matriz engastan las partículas en una
fase aglutinante sustancialmente continuada. Por lo tanto, las
propiedades de las briquetas se determinan en gran parte por
las propiedades del aglutinante.
Aglutinantes del tipo película son como pegamentos (colas) y
generalmente dependen de la evaporación del agua o de
algún solvente para desarrollar su resistencia.
Aglutinantes del tipo solvente se usan algunas veces, aunque
el material pueda ser briqueteado solamente con presión, ya
que pueden utilizarse presiones menores y briquetas con una
estructura más porosa pueden ser fabricados de esta manera.
Aglutinantes químicos pueden ser tanto del tipo película o del
tipo matriz. Los aglutinantes químicos usados para arenas de
fundición son buenos ejemplos de aglutinantes del tipo
película.
3.6.2 Fabricación de Briquetas por medio de presión
Briquetas hechas con aglutinantes son generalmente
prensadas en baja presión. Cuando las briquetas se hacen sin
aglutinantes, no obstante el suceso del proceso depende de
la trituración o de la deformación plástica de las partículas
para aproximarlas al máximo. No sorprende que muchos
componentes orgánicos cristalinos puedan briquetearse
solamente con presión. Las fuerzas que aglomeran esos
cristales no son fuertes ni específicas, por lo tanto es
35
necesario solamente comprimir los cristales individuales en
contacto estrecho.
3.6.3 Proceso y Maquinaria
Sistemas de Compactación y Granulación
Cuando la especificación indica un producto aglutinante
menor que 8 mm, generalmente se hace primero
compactando el material original y, enseguida, triturando y
tamizándolo objetivando recuperar la fracción que presenta el
tamaño de la malla deseado.
Los compactados iniciales pueden ser briquetas
convencionales, briquetas en forma de bastón o placas lisas o
corrugadas continuadas. Un producto granulado del tipo copo
particularmente atractivo, se obtiene cuando el espesor de la
placa compactada es sustancialmente menor que el tamaño
de la malla del producto. La granulación entonces es
necesaria solamente en dos direcciones. Fertilizantes y otros
productos son compactados y granulados para evitar que se
aglutinen en sacos o contenedores. Muchos productos
farmacéuticos, así como la aspirina y los antibióticos, se
compactan en máquinas del tipo Rodillo y, enseguida,
granulados para producir el material granular, de
escurrimiento libre, del que se hacen las tabletas.
Modelo BH500WS, máquina de rodillos para fabricación de briquetas.
Komarek, Inc.
Tiras Continuas
Barras y tiras continuadas también pueden ser laminadas a
partir de materiales en forma de particulas con máquinas
briqueteadoras del tipo Rodillo. Si los Rodillos se disponen
uno sobre el otro, como en un laminador, las tiras se
escurrirán de la máquina horizontalmente y podrán ser
36
alimentadas para un horno continuo de Rodillos, u otra
hornalla, para su procesamiento subsiguiente. El Cemento
Portland, hierro-esponja, coque, metales y ligas, minerales
sinterizados, post provenientes de la fabricación del acero y
de otros procesos metalúrgicos y muchos otros productos,
pueden hacerse o procesarse de esa forma. Las pérdidas de
polvo pueden reducirse y las eficacias térmicas posiblemente
aumentarán. Ninguna aplicación para esa técnica fuera de la
industria metalúrgica parece ser practicada comercialmente
en este momento, pero con nuestra creciente preocupación
relativa a la ecología y la conservación de energía y
materiales, parece apropiada una nueva evaluación de los
procesos industriales establecidos.
Maquinaria de Briqueteado
Máquinas briqueteadoras del tipo Rodillo les aplican
presiones a las partículas, comprimiéndolas entre dos
Rodillos girando en direcciones opuestas. Cavidades o
entalles recortados en las superficies de los Rodillos moldean
las briquetas.
Características de las máquinas del tipo Rodillo.
Prensa de Rodillo modelo B050, corporación Komarek.
En las primeras máquinas briqueteadoras, los ejes de los
Rodillos eran siempre horizontales y sus centros eran fijados
en la estructura. Una única caja de alimentación o (tolva )
montada encima de los Rodillos contenía el material que sería
briqueteado y éste fluía de allí para los Rodillos por
gravitación.
37
Las máquinas briqueteadoras modernas generalmente
poseen un único Rodillo en posición fija en la estructura. El
otro Rodillo es móvil, pero es sustentado por cilindros
hidráulicos. Los Rodillos pueden ser dispuestos
horizontalmente o lado a lado en la estructura, o pueden ser
dispuestos verticalmente, o uno arriba del otro como en los
laminadores. Además de eso, los Rodillos pueden localizarse
simétricamente entre las chumaceras o pueden ser montados
fuera de las chumaceras en la extremidad de los ejes en
balance. Cada uno de esos cuatro arreglos posee
determinadas propiedades exclusivas. Otras características
de las máquinas también pueden ser variadas para satisfacer
condiciones especiales del proceso. Seis características en
total determinan el comportamiento de las máquinas
briqueteadoras del tipo Rodillo.
Modelo DH300, maquina para briquetas hechas de productos finos,
elaborados en tiras. Komarek, Inc.
Rodillos
Los Rodillos de máquinas briqueteadoras se clasifican según
su construcción en Rodillos integrales, sólidos o
segmentados. Rodillos integrales, como el nombre da a
entender, son solidarios con los ejes. Esos Rodillos
generalmente poseen una cinta de acero inoxidable o algún
material resistente a la corrosión o la abrasión soldado a sus
circunferencias o caras de trabajo. Como no poseen juntas o
superficies de contacto, los Rodillos integrales son
frecuentemente usados para el briqueteado de productos
alimentarios o farmacéuticos donde la limpieza es la principal
38
preocupación. Los Rodillos integrales pueden ser fácilmente
calentados a vapor o resfriados a agua. Generalmente, no
son adecuados para materiales abrasivos.
Los Rodillos sólidos, o aros, son los Rodillos de briqueteado
más comúnmente usados y consisten de anillos sustituibles
lengüeteados o encajados por contracción a los ejes. Los
Rodillos son hechos de una variedad de materiales
resistentes a la abrasión y corrosión. Al revés de los Rodillos
integrales, que requieren algún compromiso de los materiales
de construcción, los Rodillos sólidos y los ejes pueden estar
hechos a partir del material más adecuado.
Los Rodillos segmentados están hechos de una serie de
secciones o segmentos que son mecánicamente fijados a los
ejes. Las ventajas de los Rodillos segmentados son evidentes
para cualquiera que ya haya efectuado el cambio de los
Rodillos convencionales, así Rodillos de ese tipo han sido
tema de investigación continuada desde el principio de la
industria de briqueteado. Rodillos segmentados son
recomendados para el briqueteado a caliente o de materiales
abrasivos y están hechos con materiales adecuados para
tales aplicaciones.
La construcción mecánica de los Rodillos determina
características tan importantes como la confiabilidad, la
facilidad de mantenimiento y el costo operacional. El efecto
que los Rodillos tendrán sobre los materiales que pasan a
través de ellos, sin embargo, depende de su geometría.
Sistema Hidráulico
En la mayoría de las máquinas briqueteadoras, el Rodillo
móvil se presiona contra un Rodillo fijo por cilindros
hidráulicos. Topes localizados entre las chumaceras impiden
que los Rodillos entren en contacto uno con el otro. El
material, pasando entre los Rodillos, intenta separarlos. Los
cilindros hidráulicos resisten a ese esfuerzo hasta que la
fuerza ejercida por el material exceda a la que es ejercida por
los cilindros. El Rodillo móvil es entonces dislocado y a su
vez, disloca los pistones en los cilindros hidráulicos hasta que
ambos esfuerzos se igualen. El óleo dislocado por los
39
pistones es almacenado bajo presión en un acumulador
relleno con gas. De allí retorna según sea necesario para
empujar el Rodillo móvil de vuelta contra los topes.
El sistema hidráulico actúa como un muelle. La fuerza inicial
que mantiene los Rodillos juntos, puede ser ajustada por la
presión de óleo en los cilindros. La fuerza incremental
necesaria para dislocar el Rodillo móvil también es ajustable a
través del volumen del gas en el acumulador.
El suceso de la moderna máquina briqueteadora del tipo
Rodillo se debe en gran parte, a esa capacidad del sistema
hidráulico de coincidir la inclinación de la curva de la fuerza
del dislocado del Rodillo móvil a las exigencias del proceso de
briqueteado.
Modelo B220. Corporación Komarek.
Alimentador
Cuando las máquinas briqueteadoras del tipo rodillo se
limitaban a la compactación de materiales, los que eran
mezclados con aglutinantes, el alimentador del tipo a la
gravitación simple era generalmente adecuado. El
briqueteado, en ese caso, es principalmente un proceso de
formación o moldeado y pequeños cambios en la densidad
del producto ocurren a medida en que éste pasa a través de
los Rodillos. La presión requerida para tales aplicaciones es
40
baja y la virtud de la simplicidad frecuentemente prevalece
sobre las ventajas posibles de obtener a través de un control
más sofisticado. Los alimentadores del tipo a la gravitación,
consecuentemente, todavía se usan para algunos propósitos.
Para materiales secos o finamente divididos, alimentadores
del tipo rosca transportadora o rosca sinfín son comúnmente
usados. Esos alimentadores, además de controlar la masa de
material que pasa entre os Rodillos, frecuentemente poseen
importantes efectos colaterales. Pueden por ejemplo,
comprimir previamente el material antes de que alcance los
Rodillos, pueden triturar las partículas para obtener una
consistencia de tamaño más favorable. Hay especulaciones
de que la movilidad de las partículas en la rosca alimentadora,
permite que los ejes de los cristales se alinien mejor de modo
a producir briquetas de mejor calidad. El calentamiento de las
partículas en la rosca alimentadora también puede tener un
efecto significativo. Sean cuales sean los mecanismos,
briquetas de mejor calidad frecuentemente pueden hacerse
utilizando una rosca alimentadora.
4. 0 MARCO CONTEXTUAL
4.1 Desarrollo Sostenible y su importancia para
Guatemala
Guatemala es una nación que está pasando por muchos de
los problemas que representa la omisión del concepto de
desarrollo sostenible. En el caso de éste proyecto, nos
centraremos en el deterioro forestal:
41
Cobertura forestal en Guatemala: datos Forestales de la FAO (Food and
Agriculture Organization) 2002
La taza de deforestación anual es de un 2.1%16 el cual es
alarmante. El potencial de explotación apropiada de los
recursos naturales en Guatemala promete ser una fuente de
ingresos y prosperidad, impulsando industrias como el turismo
y las eco-industrias. Esto no se podrá lograr si continuamos
con el patrón presente de uso de recursos. Es por ello que es
de suma importancia la implementación de políticas de
desarrollo sostenible, ya que sería una inversión en la futura
seguridad de Guatemala. Una de las mejores maneras de
hacer esto es el inteligente y eficiente aprovechamiento de las
infinitas posibilidades que nos ofrece la energía alternativa en
Guatemala, como lo es el uso de la biomasa, cosa que está
comprobada en su economía y eficacia, y cuyos resultados
son visibles y comprobables.
16 INE
4.2 Producción Agrícola, Ganadera y Pecuaria en
Guatemala
Expresado en toneladas métricas (MT)17
CAÑA DE AZÚCAR 17,489,900
Maiz 1,050,140
Bananos 1,000,000
Leche 270,000
Plátanos 268,000
Papa 248,038
Café 221,820
Melón 188,163
Tomate 187,229
Mango 187,000
Pollo 147,000
Limón 142,877
Frijol 140,000
17 Datos de la FAO (Food and Agriculture Organization) para el año 2004
42
Sandia 106,000
Naranja 102,299
Piña 126,150
Arveja China 94,683
Cebolla 93,835
Huevos 85,000
Corte de caña en Cuba, 1997.
4.3 Mezcla de energía y uso de leña en Guatemala
El balance energético nacional en cuanto a consumo de
energía se divide así:18
Leña 63%
Diesel 12%
Gasolinas 8%
Bunker 4%
Bagazo de Caña 3%
Como podemos observar, el uso de leña es por un gran
margen la mayor fuente de energía de los guatemaltecos. Es
también evidente que el bagazo de caña, aunque es rebasado
por productos derivados del petróleo, tiene un significante
potencial energético.
La única fuente de biomasa utilizada en la actualidad para la
producción de energía eléctrica es el bagazo de caña. Los
18 Tesis URL T3749, año 2005
43
recursos naturales se destinan a la generación de electricidad
de la siguiente manera:19
Recurso Disponible Aprovechado
Hidroeléctrico 10.89 MW 424.6 MW
Geotérmico 700 MW 170 MW
Bagazo de Caña 3,000,000 T 70,0000 T
Alcohol
Carburante
1,200,000,000,000gal 0gal
19 G. Hugot: Manual para Ingenieros Azucareros. 1998.
La leña constituye todavía la mayor fuente de energía para la población de
naciones subdesarrolladas. En Guatemala, es utilizado por 63% de los
habitantes
4.4 Agroindustria Azucarera y usos del bagazo en
Guatemala
La caña de azúcar constituye el producto agrícola más
importante del país, y al cual se le dedica la mayor cobertura
terrestre, siendo el área más importante la costa sur. Es una
de las pocas industrias realmente competitivas a nivel
mundial, satisfaciendo la demanda nacional y exportando los
excedentes. Genera más de 250,000 puestos de trabajo de
manera directa e indirecta.20
La biomasa se utiliza en Guatemala de diversas maneras,
siendo el bagazo de caña la de uso dominante, utilizado
primordialmente para la cogeneración de energía eléctrica.
Esta es estacional, debido al período de zafra comprendido
entre Noviembre y Mayo.
20 Tesis URL T3749, año 2005.
44
Actualmente son doce los ingenios calificados por la Dirección
de Planificación y Desarrollo Energético, seis de los cuales
tienen contratos con el INDE. Estos ingenios son:
- Ingenio Concepción
- Ingenio Magdalena
- Ingenio La Unión
- Ingenio Pantaleón
- Ingenio Madre Tierra
- Ingenio Santa Ana
Estos ingenios utilizan su propio bagazo, siendo 100%
autosuficientes, vendiendo el excedente eléctrico a la red
pública.
4.5 Descripción del Ingenio San Diego, S.A.21
El Ingenio San Diego se ubica en el departamento de
Escuintla, en la aldea San Diego, Ruta Nac. 9N. Es una
corporación de administración familiar formada por varios
21 Datos obtenidos de visita al Ingenio, gracias el Ing. Joaquín Valerdi.
ingenios. Su producción se destina a mercados nacionales y
extranjeros, a una relación de 44% a 56%, respectivamente.
La empresa más antigua de la cooperación es el Ingenio San
Diego fundado en 1890, adquirido por los presentes
operadores en 1943. En aquel entonces, la producción de
azúcar por zafra fue de 10,000 quintales. En el período de
zafra 2004-2005, la producción fue de 27,086 quintales de
azúcar refinado.
45
Mapa de Guatemala. MAGA.
Mapa de Ubicación del Ingenio San Diego. MAGA.
4.5.1 Producción de Bagazo en el Ingenio San Diego, S.A.
El ingenio logra durante el período de zafra un excedente de
bagazo de 10.142 toneladas por hora y una producción total
de bagazo de 37,947.30 toneladas por zafra.22
22 Datos obtenidos de vistia al Ingenio, gracias al Ing. Joaquín Valerdi
46
El bagazo es utilizado en un 90% para la generación de
energía eléctrica para uso interno y venta, y el restante
excedente del 10% está destinado a la venta particular, a un
precio de diez a doce dólares por tonelada. El ingenio San
Diego, S.A. produce 1.5 MW de energía por zafra.
Caldera de quema del bagazo. Foto por Jonathan Boarini.
5.0 Planteamiento del Problema
5.1 Grupo / Sector
El producto tiene como objetivo centrarse en el uso de leña
para fogatas en el sector de chimeneas residenciales, para
ser vendido como un sustituto económico y competitivo a la
leña de árboles.
Se escogió este sector por tratarse de un mercado potencial
no explorado, con poder adquisitivo, y de dimensiones
cuantificables.
En Guatemala, el 9% de los hogares poseen una chimenea
funcional.23 Si agregamos a eso la cantidad de leña utilizada
en fuegos abiertos, churrasqueras y demás usos, existe un
mercado considerable.
Además, cabe mencionar que la leña es actualmente la fuente
principal de energía para el 63% de la población
guatemalteca.24
El mercado de sustitutos de leña con productos aglomerados
y reciclados es comprobado en otros países, en especial
Estados Unidos y Europa, demostrando que los usuarios
23 INE. Datos correspondientes al Censo de Población y Habitación 2002, para
Ciudad de Guatemala. 24 Tesis URL T3749
47
estarían dispuestos a utilizar un sustituto, una vez el producto
propuesto sea competitivo. Esto es importante porque indica
la aceptación del producto.
5.2 Descripción del Problema
El problema de la tala desmedida de árboles es propiciado
principalmente por gran parte de la población guatemalteca,
que al buscar la satisfacción de sus necesidades básicas de
energía, no tiene mayor alternativa que cortar árboles de
bosques para quemar en forma de leña. Esta tala, en
combinación con la técnica de rozas para la agricultura de
subsistencia, ha causado a lo largo de décadas una situación
de alto riesgo, teniendo como consecuencias la erosión, la
reducción del manto freático (niveles de agua subterránea) y
la desaparición de hábitat de varias especies.
El problema es agravado, también en menor grado que la
anterior causa, por el uso de leña en chimeneas. Dicha leña
es comprada en mercados o vendida por vendedores
ambulantes, siendo muchas veces cortada ilegalmente o de
una manera no sostenible.
Campesinos limpian un terreno luego de quemar la maleza, en
preparación para la siembra.
5.3 Objetivos
1. Crear un producto que ofrezca una alternativa viable a
la de la quema de leña en ámbitos domésticos, en
especial las chimeneas.
48
2. Utilizar el potencial que ofrece la cantidad existente de
biomasa en Guatemala, específicamente en la forma
de bagazo de caña de azúcar
3. Reducir el consumo de madera en forma de leña,
reduciendo por consiguiente la deforestación
4. Crear in incentivo real a reducir la quema de leña al
sector de residencias con chimeneas
5. Demostrar que es viable, posible y práctico utilizar la
biomasa, con resultados visibles en Guatemala
6. Demostrar un uso novedoso del bagazo de caña como
materia prima
7. Diversificar el mercado de la leña, introduciendo un
producto nuevo y competitivo.
8. Demostrar a la población en general y al sector de
usuarios que el diseño sostenible es práctico.
5.4 Requisitos del Diseño
1. La combustión del producto deberá ser de razonable
duración
2. El producto deberá poder ser almacenado y
conservado fácilmente, teniendo resistencia a la
humedad similar a la leña.
3. Facilidad y simplicidad del proceso de producción
4. El costo deberá ser competitivo respecto al costo de la
leña
5.5 Planteamiento en forma de pregunta
¿Cómo el Diseño Industrial, por medio del diseño y
fabricación de briquetas de bagazo de caña de azúcar, puede
mejorar el aprovechamiento de residuos con un producto que
diversifique el mercado y contribuya a reducir la dependencia
en la leña como fuente de energía en Guatemala?
49
6.0 Modelo de Solución
6.1 Descripción del Modelo de Solución
La solución al problema consiste en la fabricación de
briquetas de combustible sólido utilizando el bagazo de caña
como materia
prima, ya sea como material único, o en combinación con
otro. La fabricación de la briqueta podrá ser por presión,
utilizando aglutinantes o una combinación de ambos. Las
briquetas deberán tener propiedades aceptables de quema,
en cuanto a duración de combustión y generación de calor.
Los aglutinantes utilizados deberán ser libres de emisiones
tóxicas al ambiente y al usuario del producto.
Para solucionar el problema de diseño y lograr un producto
que llene los requisitos se harán varias pruebas con el
bagazo, para explorar y mejor entender su comportamiento
cuando sometido a grandes presiones o mezclado con
diversos tipos de aglutinantes.
6.2 Componentes del modelo de solución
Variable Independiente: El método de construcción del
producto será una variable independiente. Puede constar de
varias técnicas de prensado, pegado, o ambos.
Variable Dependiente: Las propiedades físicas de la briqueta
dependerán de la técnica de construcción utilizada.
Constante: El bagazo de caña como materia prima.
50
6.3 Descripción Gráfica del Modelo de Solución
Desarrollo Sostenible
Aglutinantes Presión Alta
Briqueta o BloqueSólido de Combustible
Deshechos SólidosBagazo de Caña
Eco Diseño /Diseño Sostenible
Diseño
6.2.1 Procedimiento y Equipo
Las pruebas se harán elaborando briquetas con diferentes
características y bajo diferentes condiciones, con el objeto de
hacer comparaciones.
Para le elaboración de las pruebas, se utilizarán las siguientes
herramientas:
1. Marco de acero: Tendrá como función sostener y
soportar las altas presiones generadas por el
levantador hidráulico. Foto del Autor.
51
2. Levantador Hidráulico: Utilizado para elevar un
vehículo al cambiarle el neumático, será utilizado para
proveer presiones altas, genera 2,500 libras de fuerza.
Foto del Autor.
3. Marco o Molde de Madera: Tendrá como función
contener el bagazo durante la prueba, dándole también
una forma final. Se utilizarán dos moldes diferentes:
uno para demostrar el tamaño de la briqueta, y otro
para simular altas presiones. A más reducida el área
del molde, mayor la presión por unidad de área. Para
lograr mayor presiones, se utilizará un tupo de PVC de
1.5” de diámetro como molde. La presión del molde
grande será de 80 PSI, y la del pequeño de 1100 PSI,
respectivamente. Foto del Autor.
52
4. Bagazo
5. Medio aglutinante
Procedimiento
1. Llenar molde con su contenido a comprimir,
consistiendo de bagazo mezclado con un medio
aglutinante. Foto del Autor.
Compresión del producto activando el levantador hidráulico,
durante el tiempo deseado. Foto del Autor.
53
2. Remover el levantador hidráulico, y remover molde,
dejando en su lugar el bagazo comprimido en forma de
briqueta. Foto del Autor.
54
6.3 Comparación de Resultados
PRUEBA PRESIÓN (PSI) TIEMPO (MIN) AGLUTINANTE RESULTADO
1 80 5 Ninguno El bagazo ha tomado exitosamente la forma
del molde al ser sacado del mismo, y se ha
logrado una compresión suficiente para
lograr que el bagazo mantenga una forma
de briqueta. Tiene una consistencia
esponjosa y frágil si sometido a altas
fuerzas.
2 80 5 Yuquilla La briqueta ha mantenido excelentemente
su consistencia y densidad, a diferencia de
la primer prueba. El medio aglutinante, en
combinación con la presión ha logrado unir
las fibras del bagazo.
3 80 5 Brea Disuelta Similar al resultado de la prueba No. 1. La
briqueta carece de suficiente densidad y
consistencia, por la reducida cantidad de
brea utilizada.
PRUEBA PRESIÓN (PSI) TIEMPO (MIN) AGLUTINANTE RESULTADO
4 1100 5 Brea Disuelta El bagazo ha logrado mayor densidad que
las anteriores pruebas, aunque será
necesario mayor tiempo de presión o mayor
cantidad de aglutinante.
5 1100 24 HORAS Brea Disuelta El bagazo ha logrado la densidad deseada,
similar al de la leña, gracias a un mayor
tiempo de ser sometido a presión.
56
6.3.1 Ilustraciones y resultados
Prueba 1. Foto del Autor.
Prueba 2. Foto del Autor.
Prueba 3. Foto del Autor.
Prueba 4. Foto del Autor.
57
Prueba 5. Foto del Autor.
58
6.4 Dimensiones y Figura Humana
59
60
Las dimensiones de las briquetas y del paquete de 6 unidades
se decidió como tal, por ser un tamaño razonable para una
quema de leña normal, es decir, de aproximadamente una
hora de duración.
6.5 Elemento en uso
La realizar pruebas de quema es evidente que el producto
tiene ciertas diferencias en comparación con las propiedades
de quema de la leña natural, pero se comprueba de todas
maneras su funcionalidad como un substituto con
características efectivas de quema.
Duración de la quema: Menor al de la leña, aunque
promisoria. La razón de ser de esto es por la técnica de
fabricación, en la cual se utilizó un método “casero” o
“artesanal.” Por ello, la densidad de la briqueta y unión de las
fibras no es tan efectiva como podría ser si las briquetas
fuesen construidas utilizando una máquina industrial capaz de
ejercer grandes cantidades de presión por unidad de área.
Comparación frente a otros productos: La quema de
briquetas de bagazo de caña puede ser superior a la de
productos de aserrín y parafina, tales como Mr. Fuego o Eco
61
Leños, ya que la densidad que se puede lograr con el bagazo
y maquinaria apropiada es igual al de la leña.
Humo: Por contener una leve cantidad de brea disuelta
utilizada como medio aglutinante, la liberación de humo es un
tanto mayor al de la leña, aunque no en una cantidad
excesiva.
62
6.6 Costos
El cálculo de costos se hará de dos distintas maneras: una
para el método “artesanal” y otra para una operación industrial
a gran escala. Como es de esperarse, muchos de los
números son proyecciones o aproximaciones, y no
constituyen un número certero. Los números también han
sido hechos de una manera conservadora.
Para fabricar una briqueta de la manera “artesanal” ilustrada
previamente (6.2.1), los costos son como sigue:
Costos Directos:
- Materia Prima
- Mano de Obra
Materia Prima Costo
4 libras de bagazo25 Q 0.03
Brea de Pino, 40 gramos Q 0.05
25 Basado en el precio de US 12 por tonelada de Bagazo comprada al Ingenio San
Diego, expresado en libras.
Solvente Mineral, 90 mL Q 3.00
Mano de Obra / Briqueta:26 Q 1.05
Total de costos directos / Briqueta: Q 4.12
Costo de Unidad de Seis briquetas: Q 24.72
Costos Indirectos / mes:
Alquiler Inmueble Q 700.00
Gastos Administrativos Q 2500.00
Transporte Q 600.00
Depreciación Q 15.00
Total Costos Indirectos: Q 3,815.00
Fabricación Industrial de Briquetas:
Costos Directos:
- Materia Prima
- Mano de Obra
- Energía eléctrica
26 Calculado con 1 operario a sueldo mínimo (Q 47.00 por día más prestaciones)
asumiendo una producción diaria de 40 briquetas.
63
- Empaque
Materia Prima /Briqueta Q 3.08
Mano de Obra / Briqueta27 Q 0.30
Energía Eléctrica / Briqueta Q 0.19
Empaque Q 3.00
Total de costo / Briqueta: Q 6.57
Costo de Unidad de Seis Briquetas: Q 39.42
Costos Indirectos / mes:
Alquiler Inmueble Q 19,250.00
Gastos Administrativos Q 5,000.00
Transporte Q 2,000.00
Depreciación28 Q 4,812.00
Total Costos Indirectos: Q 31,062.00
27 Calculado con 6 operarios a sueldo mínimo (Q47.00 por día mas prestaciones)
mas un operario supervisor a Q 2,500.00 mensuales más prestaciones. 28 Maquinaria depreciada por partes iguales anuales por período de 10 años.
Para el propósito de briqueteado a gran escala, se necesitará
de maquinaria especializada para tal propósito, ya que así se
puede tener una producción a una cantidad suficiente para
satisfacer las demandas del mercado. Las estimaciones de
costo se harán con la máquina de briqueteado modelo BQ-
430 de la Empresa Rictec Ltd, escogida por varias razones,
entre las cuales están su construcción compacta y duradera.
Imagen de Rictec Ltd.
Esta máquina de briqueteado es capaz de aplicar una presión
de 5,000 kg por centímetro cuadrado29, por lo que podría
eliminar la necesidad de utilizar aglutinantes30 para pegado,
29 Datos de presión obtenidos de Rictec Ltd., producción depende de las
características del material utilizado. 30 Sujeto a resultados de pruebas de compresión y quema.
64
aunque las briquetas tendrán una leve cantidad de brea para
agilizar el encendido y el pegado bajo presión.
6.6 Producción Posible / Probable
Método Artesanal:
Se estima que una persona podrá producir aproximadamente
10 X hora.
Método Industrial:
Como se mencionó en la sección 4.5.1, la producción del
Ingenio San Diego S.A., durante período de zafra es de
10.142 toneladas de bagazo por hora. Esto significa que se
produce sólo en el ingenio San Diego S.A. la materia prima
para una producción máxima potencial de alrededor de
130,000 briquetas para cada 10 horas de operación del
ingenio.
El modelo de máquina escogido tiene una capacidad de
producir de 3 a 10 toneladas de briquetas por hora (TPH.)
Esto significa que la producción de briquetas puede variar
entre 1,500 a 5,000 por hora de trabajo,31 limitado por la
capacidad de la maquinaria.
6.7 Inversión Inicial Mínima Requerida
En el caso de la Producción “Artesanal” de Briquetas:
Equipo Necesario (Costos Fijos)
OBJETO COSTO
Levantado Hidráulico Q 540.00
Marco de Acero Q 140.00
Marco de Madera Q 15.00
Total: Q 695.00
Para iniciar una operación industrial de briqueteado se
necesitará de:
- Maquinaria
31 Asumiendo 4 libras de bagazo por briqueta
65
- Inmueble para fábrica
Máquina de Briqueteado US 52,000
Máquina de Empacado32 US 23,000
Otros Gastos Q 25,000
Total: Q 600,000.00
Espacio para fábrica:
Se deberá contar con un espacio que contenga las siguientes
áreas:
1. Sector 1: Recepción de materia prima 45 m2
2. Sector 2: Almacenamiento de materia prima 50 m2
3. Sector 3: Creación de las briquetas 65 m2
4. Sector 4: Área de empaque 50 m2
5. Sector 5: Almacenamiento temporal 50 m2
6. Sector 6: Despacho del producto 50 m2
32
Para tales propósitos, se estima que se requerirá un área de
al menos 400 metros cuadrados. El precio de alquiler de un
espacio en un área industrial de la ciudad de Guatemala es
de aproximadamente US 2,500 mensuales.33
33 Dato especulativo, puede variar según ubicación y tamaño del inmueble.
6.8 Estrategias posibles de negocios
La fabricación de briquetas de combustible sólido con bagazo
de caña es un producto que tiene un mercado potencialmente
lucrativo y existirían varias opciones de estrategias de
negocios para entrar a tal mercado.
1. Alianza estratégica con el ingenio: Utilizar el área del
ingenio para la producción y almacenamiento de las
briquetas, ahorrándose así costos de transporte y
almacenamiento del bagazo. El ingenio obtendría una
porción de las ventas.
2. Creación de empresa por separado, con el ingenio (o
ingenios) como proveedor de la materia prima.
3. Promoción mediante ONG’s: Una organización no
gubernamental (ONG) puede ser promotora del
producto, ya que el mismo va de la mano con causas
ambientalistas y sociales, pudiendo distribuir el
producto a personas de escasos recursos quienes
dependen de la leña.
4. Contratos con el estado: Proveer asesoría técnica y
capacitación a comunidades necesitadas en áreas
rurales, modificándola a las condiciones del área (por
ejemplo en Cahabón, dar asesoría utilizando los
deshechos de café comunes en el área.)
El producto de briquetas de bagazo tiene potencial también
como producto de exportación, en especial a mercados en
países desarrollados como Estados Unidos, Canadá, y países
de la Unión Europea.
6.8 Punto de Equilibrio y Retorno Sobre Inversión
Punto de equilibrio se refiere a la cantidad en ventas que
deben ser generadas para cubrir los gastos de operación,
expresado en unidades vendidas o en dinero.34
Método “Artesanal”
34 “La Contabilidad en la administración de empresas,” por Robert N. Anthony.
67
Gastos Fijos por Mes: Q 3,815.00
Costo de unidad de 6 briquetas: Q 24.72
Precio de Venta: Q 36.00
Utilidad Bruta por Unidad: Q11.28
PE = Gastos Fijos / Margen de Contribución
PE = 3,815 / 30%
PE = Q 12,716 o 223 Unidades
Ventas Mensuales Proyectadas35: 96 Unidades
Recuperación de la Inversión: 12 meses (12,716 / 11.28 x
223)
Método Industrial
Gastos Fijos por Mes: Q31,612.00
Costo de unidad de 6 briquetas: Q39.42
35 Durante primeros seis meses
Precio de Venta: Q 57.00
Utilidad Bruta por Unidad: Q 17.58
PE = Gastos Fijos / Margen de Contribución
PE = 31,612 / 30%
PE = Q 105,373 o 1,848 Unidades
Ventas Mensuales Proyectadas 36: 600 Unidades
Recuperación de la Inversión: 10 Meses (105,373 / 17.58 x
600)
6.9 Opciones de Distribución / Puntos de Venta
Venta en supermercados: Son una ubicación ideal, y las
briquetas pueden ser vendidas en la misma área que el
carbón vegetal en puntos de venta como Paiz®, La Torre®, y
en ventas de mayoreo como Price Smart® y ClubCo®, por
ejemplo.
36 Durante primeros seis meses
68
Venta a domicilio: Se podrán recibir pedidos por la vía
telefónica, y el pedido será llevado a su casa.
Venta al Mayor: Se venderán briquetas en precios reducidos
a compradores de grandes cantidades.
En los casos de venta en puntos de venta como
supermercados, se tendrá que invertir más en empaque y
presentación, ya que se debe atraer la atención de los
potenciales consumidores a los anaqueles.
69
6.10 Comparación Global
Método Costos
Directos
Costos
Indirectos
Precio Producción
por Día
Inversión
Mínima
Punto de
Equilibrio
Tiempo de
Recuperación
Artesanal Q 24.72 Q 3,815 Q 36.00 40 Q 695.00 Q 12,716 12 meses
Industrial Q 39.42 Q 31,062 Q 57.00 1,500 Q 600,000 Q 105,373 10 meses
6.10 Precio, Presentación y Empaque
Las briquetas serán presentadas en un empaque simple
consistiendo de 6 briquetas unidas con ya sea una cinta
plástica, o envueltos en papel reciclado encerado, para
proteger el producto de la humedad excesiva. Se evitarán
empaques elaborados para mantener los costos bajos y
atractivos. Se decidió en seis briquetas por paquete, ya que
es un numero razonable de briquetas, y adecuado para una
quema normal.
70
7.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. Guatemala tiene un potencial no aprovechado en
cuanto a la generación de energía por medio de la
biomasa.
2. El mercado de productos hechos a partir de la biomasa
no ha sido explorado lo suficiente.
3. La utilización de biomasa es importante por proveer
una alternativa a fuentes tradicionales de energía.
4. La biomasa puede ser una forma efectiva y práctica de
proveer energía en forma de briquetas de combustible
sólido.
5. El aprovechamiento de residuos agrícolas contribuirá a
reducir la tala desmedida de árboles y a un desarrollo
más sostenible.
6. El bagazo de caña de azúcar es una excelente fuente
de energía en la forma de biomasa.
7. El bagazo de caña es un material idóneo para la
fabricación de briquetas de combustible sólido.
8. La fabricación de briquetas de bagazo es una
alternativa viable y competitiva al uso de leña.
9. El mercado para briquetas de combustible sólido es
grande, y tiene grandes potenciales de exportación.
10. El proceso de briqueteado se presta para la utilización
de una infinidad de materias primas y deshechos
diferentes, en especial los agrícolas, entre los cuales
podemos mencionar:
a. Tusa
b. Rastrojo de Maíz, Olote
c. Ciscara de Arroz
d. Deshechos de Café
e. Deshechos de Ocote
f. Aserrines y Virutas
g. Deshechos de Carbón Vegetal
71
Bibliografías
Chen, James C.P. MANUAL DEL AZÚCAR DE CAÑA. 200
págs. Editorial Limusa, S.A. de C.V.
Hugot, Emile. HANDBOOK OF CANE SUGAR
ENGINEERING.
872 págs. Elsevier Publishers, 1960.
OCEANO UNO COLOR. Grupo Editorial Diccionario
Enciclopédico. 1995.
Mendoza Madrid, Elsa. ESTUDIO FINANCIERO DEL
PROYECTO COMERCIALIZACIÓN DEL EXCEDENTE DE
BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR DEL INGENIO SAN
DIEGO, S.A. Tesis URL, 2005.
Anthony, Robert N. LA CONTABILIDAD EN LA
ADMINISTRACIÓN DE EMPRESAS. Tipográfica
Hispanoamericana, 1978.
72
Montgomery A. Thompson. MANAGERIAL ACCOUNTING
INFROMATION. Addison – Wesley Publishers. Chicago,
1979.
www.fao.org
www.es.wikipedia.com/wiki
www.ine.gob.gt
www.maga.gob.gt
73
