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Universidad de Guayaquil Facultad de Ingeniería Química
Trabajo de titulación
Previo a la Obtención del Título de
Ingeniero Químico
TEMA: Comparación y análisis de las emisiones de gases de
efecto invernadero producidas por un ingenio azucarero utilizando bagazo de caña y combustible fósil.
AUTOR: Jorge Enrique Plaza Rodríguez
DIRECTORA DEL TRABAJO DE TITULACIÓN: Ing. Qca. Sandra Ronquillo Castro, MSc.
Guayaquil - Ecuador 2017
II
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Yo, Jorge Enrique Plaza Rodríguez, con C.I. 0926327305, declaro que el
trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente
presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he
consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
La Universidad de Guayaquil puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y la normatividad institucional
vigente.
Jorge Enrique Plaza Rodríguez.
C.I. 0926327305.
III
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
INGENIERA QUÍMICA SANDRA RONQUILLO CASTRO, MSC., certifico
haber tutelado el trabajo de titulación: “COMPARACIÓN Y ANÁLISIS DE
LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
PRODUCIDAS POR UN INGENIO AZUCARERO UTILIZANDO BAGAZO
DE CAÑA Y COMBUSTIBLE FÓSIL”, que ha sido desarrollado por
JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ, previa obtención del título de
Ingeniero Químico, de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA
ELABORACIÓN DE TRABAJO DE TITULACIÓN PARA EL GRADO DE
TERCER NIVEL DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE
INGENIERÍA QUÍMICA.
Atentamente.
Ing. Qca. Sandra Ronquillo Castro, MSc.
IV
AGRADECIMIENTO
Agradezco en primer lugar a Dios, por darme la vida, salud y capacidad
tanto física e intelectual, para dar este gran paso en mi vida.
A mi muy humilde madre, que con sus esfuerzos, siempre priorizó que
estudiemos para llegar a ser grandes profesionales y siempre se
preocupó por hacer llegar al menos el bocado de comida a nuestro hogar.
A mis hermanos Andrea y Farid, por darme la mano siempre que los he
necesitado.
A mi esposa Jimena y a mi hijo Isaac, por ser ambos ese inmenso motivo
por el cual me empujan a ser grande y a marcar la diferencia siempre.
A mis muy eruditos maestros y profesores, que con su conocimiento y
enseñanzas, me encaminaron a entender mucho más y amar mi carrera
profesional como lo hago hoy.
A mis compañeros, amigos y allegados que de alguna u otra manera
formaron parte de este gran momento.
Un agradecimiento especial a mi tutora de trabajo de titulación, la
Ingeniera Sandra Ronquillo, quien supo en todo momento cómo dirigirme
y encaminarme por el mejor sendero para desarrollar plenamente mi
trabajo de titulación.
V
DEDICATORIA
A mi esposa Angélica Jimena Álava Baquerizo
A mi hijo James Isaac Plaza Álava
A mi madre, Margarita María Rodríguez Villamar
A la Fe, de los que creen que siempre se puede mejorar.
VI
RESUMEN
El proceso de obtención de cristales de azúcar en base al jugo de la caña
Saccharum Officinarum requiere grandes cantidades de vapor de agua, el
cual es generado en calderos, los cuales utilizan como combustible los
residuos sólidos (bagazo) de la planta a la cual se le extrajo el jugo dulce.
Este “bagazo” al ser incinerado emite calor utilizado para cambiar el
estado del agua líquida a gaseosa dentro de un caldero; así como gases
que aumentan el efecto invernadero existente. Se elige el “bagazo” de
caña de azúcar (Saccharum Officinarum) al ser económicamente rentable,
sin embargo es un combustible como cualquier otro sólido con base en el
carbono, exceptuando el diamante, (carbón, hulla, lignito) que
inevitablemente emite a la atmosfera dióxido de carbono (CO2), metano
(CH4) y por las reacciones a alta temperatura, óxido de nitrógeno (N2O).
El volumen de emisión de estos gases puede ser calculado teóricamente
en base a la cantidad de materia combustible disponible (balances de
materia y energía), y a su vez, comparar su impacto ambiental con otros
combustibles fósiles usados comúnmente en calderas. Cabe resaltar que
siempre existe un excedente en la producción de vapor, por lo cual
muchos ingenios azucareros lo utilizan también para generación interna
de energía eléctrica, utilizando para ello turbinas acopladas a la línea del
vapor. La base de los escenarios (uso de Fuel Oil 6 o Diésel 2 en lugar de
“bagazo de caña”) se establecerá utilizando las normativas ISO
14064:2006, 14065:2013 y 14067:2013, en las cuales se especifica el
mecanismo de ejecución del inventario de las emisiones de gases de
efecto invernadero producto de la generación de vapor de agua utilizando
el residuo solido de la obtención de jugo de caña como combustible, luego
se procederá a verificar los valores en volumen de los combustibles
fósiles mencionados para la obtención de la misma cantidad de vapor y
energía eléctrica, dando como resultado la comparación tanto económica
(cantidades de “bagazo” contra combustibles fósiles) y ambiental (emisión
de gases de efecto invernadero producidos por “bagazo” contra
combustibles fósiles). Se determinara también un sumidero vegetal para
confinar estos gases de efecto invernadero emitidos.
Palabras clave: bagazo de caña, gases de efecto invernadero,
combustibles fósiles, ingenio azucarero, sumidero de carbono.
VII
ABSTRACT
The process of obtaining crystals of sugar based on the juice of
Saccharum Officinarum requires large amounts of water vapour, which is
generated in cauldrons, which use as fuel the solid waste (bagasse) of the
plant to which it is I extracted the sweet juice. This "bagasse" to be
incinerated emits heat used to change the state of the liquid water to
gaseous inside a cauldron; As well as gases that increase the existing
greenhouse effect. Sugarcane bagasse (Saccharum Officinarum) is
chosen to be economically profitable, however it is a fuel like any other
solid based on carbon, except for diamond (coal, coal, lignite) that
inevitably emits into the Atmosphere carbon dioxide (CO2), methane (CH4)
and by high temperature reactions, nitrogen oxide (N2O). The emission
volume of these gases can be calculated theoretically based on the
amount of fuel available (matter and energy balances), and in turn,
compare their environmental impact with other fossil fuels commonly used
in boilers. It should be noted that there is always a surplus in the
production of steam, which is why many sugar mills also use it for the
internal generation of electric energy, using turbines coupled to the steam
line. The basis of the scenarios (use of Fuel Oil 6 or Diesel 2 instead of
"bagasse") will be established using ISO 14064: 2006, 14065: 2013 and
14067: 2013, which specify the execution mechanism Of the inventory of
greenhouse gas emissions resulting from the generation of water vapour
using the solid residue from the production of cane juice as fuel, then the
volume values of the mentioned fossil fuels will be verified for the
production of The same amount of steam and electrical energy, resulting
in both economic (bagasse) and environmental (greenhouse gas
emissions from "bagasse" vs. fossil fuels). A plant sink will also be
determined to confine these emitted greenhouse gases.
Keywords: cane bagasse, greenhouse gases, fossil fuels, sugar mill,
carbon sink.
VIII
ÍNDICE GENERAL
Ítem Página
DECLARACIÓN DE AUTORÍA II
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR III
AGRADECIMIENTO IV
DEDICATORIA V
RESUMEN VI
ABSTRACT VII
ÍNDICE GENERAL VIII
ÍNDICE DE CAPÍTULOS IX
ÍNDICE DE TABLAS XI
ÍNDICE DE GRÁFICOS XIII
INTRODUCCIÓN 14
CAPITULO 1. INVESTIGACIÓN DEL PROBLEMA 16
CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO 21
CAPITULO 3. DESARROLLO DE LOS ESCENARIOS 28
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 52
BIBLIOGRAFÍA 55
ANEXOS 56
IX
ÍNDICE DE CAPÍTULOS
Ítem Página
CAPITULO 1. INVESTIGACIÓN DEL PROBLEMA 16
1.1 Tema 16
1.2 Idea a defender 16
1.3 Preguntas a contestar 16
1.4 Justificación de problema 17
1.5 Planteamiento del problema 17
1.5.1 Problema general 17
1.5.2 Problemas específicos 18
1.6 Objetivos 18
1.6.1 Objetivo general 18
1.6.2 Objetivos específicos 19
1.7 Alcance del trabajo 19
1.8 Limitación del tema 19
1.9 Variables 20
1.9.1 Variables independientes 20
1.9.2 Variables dependientes 20
CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO 21
2.1 Descripción de operaciones de un ingenio azucarero 22
2.1.1 Fase 1. Siembra y traslado de la materia prima 22
2.1.2 Fase 2: Operación unitaria de molienda 23
2.1.3 Fase 3: Clarificación del jugo de caña 23
2.1.4 Fase 4: Operación unitaria de evaporación 23
2.1.5 Fase 5: Operación unitaria de cristalización 24
2.1.6 Fase 6: Separación de los cristales 24
2.1.7 Fase 7: Refinación del azúcar 25
2.2 Gases de efecto invernadero 25
2.3 Mecanismo de cuantificación de las emisiones 25
2.4 Marcos de referencia 26
2.4.1 Marco teórico 26
2.4.2 Marco legal 27
CAPITULO 3. DESARROLLO DE LOS ESCENARIOS 28
3.1 Base de cálculo 28
3.1.1 Emisión de gases de efecto invernadero en zafra 2015 28
3.1.2 Energía eléctrica generada 29
3.1.3 Deducción de formulas 30
3.2 Escenario 1: uso de bagazo de caña como combustible 32
3.2.1 Cálculo de costo del combustible 33
3.3 Escenario 2: uso de Fuel Oil 6 como combustible 34
3.3.1 Base de cálculo 34
X
3.3.2 Cantidad requerida de combustible 34
3.3.3 Cálculo de gases de efecto invernadero emitidos 36
3.3.4 Cálculo de costo del combustible 37
3.4 Escenario 3: uso de Diésel 2 como combustible 38
3.4.1 Base de cálculo 38
3.4.2 Cantidad requerida de combustible 38
3.4.3 Cálculo de gases de efecto invernadero emitidos 40
3.4.4 Cálculo de costo del combustible 41
3.5 Evaluación de los escenarios 42
3.5.1 Evaluación del escenario 2 frente al escenario 1 42
3.5.2 Evaluación del escenario 3 frente al escenario 1 44
3.6 Normalización de los gases de efecto invernadero 45
3.7 Selección del escenario idóneo 47
3.8 Sumidero de las emisiones generadas 49
3.8.1 Cálculo de la cantidad de hectáreas a ser sembradas 50
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 52
Conclusiones 52
Recomendaciones 54
BIBLIOGRAFÍA 55
XI
ÍNDICE DE TABLAS
Ítem Página
TABLA 01. BALANCE GENERAL ZAFRA 2015. 29
TABLA 02. ENERGÍA ELÉCTRICA GENERADA. 30
TABLA 03. ENERGÍA POR MASA DE BAGAZO DE CAÑA. 30
TABLA 04. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR
EL BAGAZO DE CAÑA.
31
TABLA 05. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE
GASES DE EFECTO INVERNADERO.
31
TABLA 06. EQUIVALENCIAS DE EMISIONES DE GASES DE
EFECTO INVERNADERO EN FUNCIÓN DE DIÓXIDO DE
CARBONO.
32
TABLA 07. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR
USO DE BAGAZO DE CAÑA COMO COMBUSTIBLE.
32
TABLA 08. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 1. 33
TABLA 09. CARACTERÍSTICAS FUEL OIL 6. 34
TABLA 10. FORMULA PARA COMPARACIÓN ENERGÉTICA DE
FUEL OIL 6 COMO COMBUSTIBLE.
35
TABLA 11. EQUIVALENCIAS DE COMBUSTIBLES PARA
ESCENARIO 2.
35
TABLA 12. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE
GASES DE EFECTO INVERNADERO DE FUEL OIL 6 COMO
COMBUSTIBLE.
36
TABLA 13. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR
USO DE FUEL OIL 6 COMO COMBUSTIBLE.
36
TABLA 14. FORMULA PARA CÁLCULO DE COSTO DEL
COMBUSTIBLE FUEL OIL 6.
37
TABLA 15. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 2. 37
TABLA 16. CARACTERÍSTICAS DIÉSEL 2. 38
TABLA 17. FORMULA PARA COMPARACIÓN ENERGÉTICA DE
DIÉSEL 2 COMO COMBUSTIBLE.
39
TABLA 18. EQUIVALENCIAS DE COMBUSTIBLES PARA
ESCENARIO 3.
39
TABLA 19. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE
GASES DE EFECTO INVERNADERO DE DIÉSEL 2 COMO
COMBUSTIBLE.
40
TABLA 20. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR
USO DE DIÉSEL 2 COMO COMBUSTIBLE.
40
TABLA 21. FORMULA PARA CÁLCULO DE COSTO DEL
COMBUSTIBLE.
41
TABLA 22. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 3. 41
XII
TABLA 23. COMPARACIÓN DE EMISIÓN DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO ENTRE ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 2.
43
TABLA 24. COMPARACIÓN DE MASAS Y COSTOS ENTRE
ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 2.
43
TABLA 25. COMPARACIÓN DE EMISIÓN DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO ENTRE ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 3.
44
TABLA 26. COMPARACIÓN DE MASAS Y COSTOS ENTRE
ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 3.
45
TABLA 27. VALORES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
EXPRESADOS COMO MASA DE DIÓXIDO DE CARBONO.
46
TABLA 28. COMPARACIÓN GENERAL DE LOS ESCENARIOS. 48
TABLA 29. CANTIDAD DE HECTÁREAS DE CAÑA DE AZÚCAR
POR SEMBRAR EN BASE DEL DIÓXIDO DE CARBONO TOTAL
EMITIDO.
51
TABLA 30. COMPARACIÓN DE HECTÁREAS DE CAÑAVERAL
EXISTENTES Y TEÓRICOS REQUERIDOS COMO SUMIDERO DE
CARBONO.
51
XIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Ítem Página
GRÁFICO 01. DIÓXIDO DE CARBONO TOTAL EMITIDO POR
ESCENARIO.
47
GRÁFICO 02. COMPARACIÓN ECONÓMICO - AMBIENTAL DE
LOS ESCENARIOS.
49
GRÁFICO 03. SACCHARUM OFFICINARUM. 50
Página 14
INTRODUCCIÓN
La azúcar es una parte básica de la dieta humana, que da un sabor dulce
a los alimentos; en la antigüedad, este sabor se lo obtuvo exclusivamente
de la miel de abejas; sin embargo, las cantidades de miel disponibles se
ven limitadas por factores como la cantidad de insectos que la producen
(abejas) así como la toxicidad del polen del cual las abejas la producen,
pues existen mieles que son mortales para los humanos.
Debido a este problema, y a la actividad mercantil que se derivaba de la
venta de miel, se empezó a estudiar otras posibilidades como sustituto al
dulzor requerido, llegando a la caña de azúcar (Saccharum Officinarum)
una planta exótica, originaria de Nueva Guinea, conocida desde la
antigüedad en la zona de la India y llevada al Mediterráneo por los
árabes.
Los ingenios azucareros vieron su nacimiento en el viejo mundo; estos se
limitaban a la extracción del jugo de caña de azúcar (Saccharum
Officinarum) para producir melaza, base para fabricación de ron por
fermentación. Una pequeña cantidad de la costosa melaza era dispuesta
para la obtención de cristales de azúcar por medio de evaporación, por lo
cual esta no era económicamente accesible a las masas por su baja
cantidad de fabricación: el traslado de la caña de azúcar (Saccharum
Officinarum) desde el Indostán hacia el Mediterráneo europeo era
costoso.
Con la llegada de los españoles a las Américas, una vez consolidados los
Reinos de Castilla y Aragón; y a su vez en búsqueda de un monopolio de
especias en contra de los árabes, se introdujo la caña de azúcar
(Saccharum Officinarumcon) con éxito, ya que esta planta no se limita a
las condiciones climáticas restrictas de Europa, estableciéndose grandes
plantaciones en la zona tropical (América, África ecuatorial, sudeste
Página 15
asiático), esto hizo que el azúcar de caña sea accesible al aumentar la
cantidad de materia prima disponible.
Con la llegada de las nuevas tecnologías, provistas en su mayoría por la
Revolución Industrial, se formaron los ingenios azucareros como se los
conoce hoy: utilizando una caldera se obtiene vapor de agua que se
utiliza en el proceso de producción de cristales en base al jugo de la caña
(Saccharum Officinarum) el residuo de esta, llamado bagazo se emplea
como combustible en dicha caldera; sin embargo no se ha estudiado la
viabilidad ambiental de su utilización como combustible.
Página 16
CAPITULO 1. INVESTIGACIÓN DEL PROBLEMA
1.1 Tema
El tema propuesto en el presente trabajo de titulación es: “Comparación y
análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero producidas por
un ingenio azucarero utilizando bagazo de caña y combustible fósil”.
1.2 Idea a defender
Comprobar la eficiencia tanto energética, económica y ambiental del uso
actual de la materia orgánica (bagazo de caña) como combustible para el
funcionamiento de calderas y turbinas generadoras de energía eléctrica
en un ingenio azucarero y su comparación mediante balances de materia
y energía de combustibles fósiles como son el Fuel Oil 6 y Diésel 2.
1.3 Preguntas a contestar
¿Es viable ambientalmente y económicamente el uso de “bagazo” de
caña como combustible de caldero en un ingenio azucarero?
¿Cuál es la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos, en
función de la masa consumida, por la combustión del “bagazo” de
caña?
¿Es mayor o menor la cantidad de gases de efecto invernadero
emitidos por la combustión de “bagazo” de caña o de combustibles
fósiles como son el Fuel Oil 6 o Diésel 2?
Página 17
1.4 Justificación de problema
El presente trabajo de titulación se justifica en la necesidad de verificar, a
través de un balance de masa y energía, la viabilidad económica y
ambiental del uso como combustible del material considerado como
desecho (bagazo) en la producción de azúcar granulada en base al jugo
de caña de azúcar (Saccharum Officinarum).
1.5 Planteamiento del problema
Para el funcionamiento de las calderas en un ingenio azucarero se utiliza materia
orgánica, la cual proviene del residuo sólido resultante de la extracción de jugo de
caña de azúcar (Saccharum Officinarum). Como consecuencia de la generación de
vapor de agua por parte de un caldero, siempre existe excedente, el cual es
utilizado en la generación de energía eléctrica a través de la instalación de una
turbina de vapor en la línea de salida del caldero, así se evita el consumo de
electricidad de parte del Sistema Nacional Interconectado (SNI). Las calderas que
producen este vapor, emiten gases de efecto invernadero:
Dióxido de carbono (CO2)
Metano (CH4).
Óxido de nitrógeno (N2O).
1.5.1 Problema general
Una verificación, con datos reales obtenidos a través de balances de
materia y energía, de la viabilidad ambiental y económica para la elección
del residuo sólido de la obtención de jugo de caña de azúcar (bagazo)
como combustible para la generación de vapor de agua en un ingenio
azucarero.
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1.5.2 Problemas específicos
Ausencia de una comparación energética en línea de
producción entre el “bagazo” de caña de azúcar y los
combustibles fósiles que se utilizan para el funcionamiento de
calderas (Fuel Oil 6 y Diésel 2).
Falta de un análisis ambiental, en base a su potencial emisor
de gases de efecto invernadero, que certifique o rechace la
viabilidad del “bagazo” de caña de azúcar como combustible.
Carencia de un estudio que establezca un sumidero que
confine los gases de efecto invernadero emitidos por la
generación de vapor de agua en un ingenio azucarero.
1.6 Objetivos
1.6.1 Objetivo general
Verificar por medio de balances de materia y energía la viabilidad, tanto
ambiental como económica y social, de la utilización de la materia orgánica
residual, del proceso de obtención de azúcar de un ingenio azucarero utilizando
como base la caña de azúcar (Saccharum Officinarum), como combustible en
comparación de sus similares comerciales de origen fósil (Fuel Oil 6 y Diésel 2),
y establecimiento de un medio de captura de los gases de efecto invernadero
(GEI) emitidos en el escenario elegido.
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1.6.2 Objetivos específicos
Comparar la eficiencia energética del material combustible
(bagazo de caña) con el Fuel Oil 6 y Diésel 2, por medio de
balances de materia y energía.
Establecer un combustible ambientalmente viable para las
operaciones de un ingenio azucarero.
Establecer un sumidero para las emisiones de gases de efecto
invernadero causados por la actividad de un ingenio azucarero.
1.7 Alcance del trabajo
El alcance de este trabajo se basa en la cantidad de residuo de la
obtención de jugo de caña de azúcar, llamado también “bagazo” y que es
utilizado como combustible de caldera para la generación de vapor de
agua y energía eléctrica que se utilizan en los procesos de un ingenio
azucarero ubicado en la ciudad de La Troncal, cantón homónimo,
Provincia del Cañar; indicando que, las emisiones de gases de efecto
invernadero producidos por la combustión tiene efecto local, regional y
global.
1.8 Limitación del tema
Esta limitación temporal consiste en los datos de un ingenio azucarero
durante el periodo de un año, comprendido entre enero de 2015 y enero
de 2016; los datos requeridos son:
Consumo de materia orgánica combustible (bagazo de caña)
Cantidad de jugo de caña extraído
Página 20
1.9 Variables
1.9.1 Variables independientes
Cantidad de combustible sólido utilizado en el periodo
establecido.
1.9.2 Variables dependientes
Cantidad de gases de efecto invernadero emitidos en base al
combustible sólido utilizado.
Cantidad de gases de efecto invernadero emitidos en base al
combustible líquido teórico en el escenario 1.
Cantidad de gases de efecto invernadero emitidos en base al
combustible líquido teórico en el escenario 2.
Página 21
CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO
Desde la antigüedad, la caña de azúcar (Saccharum Officinarum) fue
conocida por su sabor dulce; la planta es originaria de la zona conocida
actualmente como Nueva Guinea. Su expansión hacia el Indostán se
produjo por migración humana, estableciéndose pequeños cultivos en la
India; estos sembríos así como la tecnología disponible hacían
incompatible a la melaza de caña de azúcar, obtenida por los primeros
pobladores de la actual India, con la miel.
Por medio del comercio entre el Indostán y el Fértil Creciente, la caña de
azúcar (Saccharum Officinarum) llego a ser conocida en la península
arábiga, y por la expansión musulmana, en la Europa mediterránea,
estableciéndose los primeros ingenios azucareros en territorio hispano
insular.
Los ingenios azucareros de la actualidad tienen su origen en las
haciendas coloniales españolas de las Islas Canarias, en este lugar se
utilizaba la caña de azúcar (Saccharum officinarum) para obtener melaza
y de esta fabricar ron y azúcar. El proceso se limitaba a prensar la caña
de azúcar para obtener su jugo (melaza) y de este fabricar alcohol (ron)
por fermentación, su principal producto; y azúcar por evaporación. Cabe
resaltar que en esta locación, la siembra de la planta era imposible,
limitándose a un punto estratégico de fabricación, lejos de las
problemáticas presentadas por las guerras entre musulmanes (Califato de
Córdoba y Al Ándalus) y los Reyes de Castilla, Aragón y Navarra durante
el siglo XV.
A finales del siglo XV y comienzos del siglo XVI, los ingenios azucareros
fueron expandidos por españoles y portugueses a sus colonias en las
Página 22
Américas, África ecuatorial y el sudeste asiático; el éxito de esto se debió
exclusivamente a la versatilidad que presenta la caña de azúcar
(Saccharum officinarum), originaria de la India, al ser sembrada con éxito
en toda la zona tropical del planeta.
Con la revolución industrial, los mecanismos de obtención de cristales de
azúcar fueron refinándose hasta los actuales, en donde el caldero es el
núcleo del ingenio, a su vez utilizando en desecho orgánico obtenido de la
extracción del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum), conocido
como bagazo de caña o simplemente bagazo, como combustible para
alimentar de energía a la caldera.
2.1 Descripción de operaciones de un ingenio azucarero
En un ingenio azucarero se obtienen cristales de azúcar utilizando como
materia prima el jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) a través
de varias etapas.
2.1.1 Fase 1. Siembra y traslado de la materia prima
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es una planta que almacena
grandes cantidades de sacarosa mezclada con agua en sus tallos, por lo
cual es ideal para la extracción de este compuesto en forma de cristales
de azúcar. La caña es sembrada con trozo de ejemplares adultos en
invierno, el crecimiento de las plantas en los cañaverales tarda
aproximadamente un año, la etapa de cosecha de las plantas se conoce
como Zafra.
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es segada, despojada de sus
hojas quedando solo el tallo jugoso, este es pesado en lotes y trasladado
Página 23
hacia el ingenio para su procesamiento. En esta etapa se determina,
estadísticamente a través de muestreos, el contenido de sacarosa de
cada lote.
2.1.2 Fase 2: Operación unitaria de molienda
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es cortada utilizando cuchillas
automáticas y se extrae la fibra, esto como paso previo a la molienda en
sí de la pulpa jugosa para extraer el líquido rico en sacarosa. La molienda
se ejecuta con un sistema de molinos en serie, utilizando filtros para la
retención de los sólidos que conformaran parte del bagazo. Se utiliza
agua a contra corriente para mejorar la extracción del jugo de sacarosa.
2.1.3 Fase 3: Clarificación del jugo de caña
El jugo de caña extraído, rico en sacarosa, debe ser clarificado, esto se
efectúa en máquinas clarificadoras donde decantan las impurezas que ha
arrastrado el proceso anterior; en la parte superior del clarificador se
extrae el jugo hacia el siguiente proceso.
El sedimento del clarificador es reprocesado para extraer la sacarosa que
este contiene, esto se realiza utilizando filtros para la extracción de
sacárido. El desecho resultante se dispone como orgánico.
2.1.4 Fase 4: Operación unitaria de evaporación
El jugo de caña clarificado es dispuesto en evaporadores para eliminar el
agua que este contiene, sin alterar las características organolépticas de la
sacarosa, avilantando principalmente la caramelizarían del producto. Por
Página 24
norma general se utilizan evaporadores en serie para aprovechar el vapor
de agua producido.
Para el funcionamiento de los evaporadores se requiere de la energía de
una calderas, es en este punto donde se generan los gases de efecto
invernadero objeto del presente tema de titulación, pues el caldero utiliza
el bagazo de caña que se formó en la fase 2.
2.1.5 Fase 5: Operación unitaria de cristalización
El jugo de caña condensado, con un 20% de agua en comparación al que
ingreso a la línea de evaporación, ingresa a la línea de evaporación
continua para cristalizar la sacarosa. Como en el proceso anterior, se
evita la caramelizarían del jugo efectuado la evaporación al vacío y a baja
temperatura, logrando los cristales que se conocen comercialmente.
Al igual que la fase anterior, esta requiere de la energía de un caldero,
cuyo funcionamiento emite gases de efecto invernadero por el consumo
del bagazo de caña.
2.1.6 Fase 6: Separación de los cristales
Luego de la evaporación continua al vacío y baja temperatura de la fase
anterior, se obtiene una mezcla de cristales de azúcar y miel de caña, los
cuales deben ser separados utilizado centrifugas; el producto de esta
acción es azúcar conocida como cruda que presenta aun coloración
oscura y miel de caña que es retornada a la etapa de cristalización. Este
proceso utiliza cristales de azúcar como base para que se formen más.
Página 25
2.1.7 Fase 7: Refinación del azúcar
Los cristales finales son refinados utilizando agua para disolverlos,
nuevamente clarificados por medio de aireación donde los sedimentos
que daban el color característico a los cristales es separado del líquido
clarificado, este es filtrado para extraer más impurezas y que es
nuevamente cristalizado, la miel de caña obtenida en este proceso es
retornada a la fase 4; como resultado final se obtienen los cristales de
azúcar refinada húmeda que es nuevamente centrifugada previo
envasado y despacho para ser comercializada.
2.2 Gases de efecto invernadero
Como toda actividad industrial, un ingenio azucarero produce gases de
efecto invernadero de forma directa como indirecta.
Los gases de efecto invernadero que se producen por la obtención de
cristales de azúcar del jugo de la especie Saccharum Officinarum son:
Dióxido de carbono
Metano
Óxido de nitrógeno.
Estos gases serán cuantificados en función del desecho orgánico
generado (bagazo), que a su vez es el combustible que es utilizado en la
caldera del ingenio azucarero ejemplo del presente trabajo de titulación.
2.3 Mecanismo de cuantificación de las emisiones
El mecanismo a ser utilizado es el establecido por las directrices
enmarcadas en los siguientes cuerpos aceptados a nivel internacional:
Página 26
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 2006 para
los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero
Protocolo de Gases de Efecto Invernadero, el cual contiene los
valores, en función de dióxido de carbono, del potencial de un
gas para incrementar el calentamiento global.
También se utilizan, como referencias, las directrices de las normativas
internacionales ISO, esquematizadas de la siguiente forma:
14064-1:2006 Parte 1: Especificación con orientación, a nivel
de las organizaciones, para la cuantificación y el informe de las
emisiones y remociones de gases de efecto invernadero
14064-3:2006 Parte 3: Especificación con orientación para la
validación y verificación de declaraciones sobre gases de
efecto invernadero.
14065:2013 Gases de efecto invernadero - Requisitos para los
organismos que realizan la validación y la verificación de gases
de efecto invernadero, para su uso en la acreditación u otras
formas de reconocimientos
2.4 Marcos de referencia
2.4.1 Marco teórico
Panel Intergubernamental del Cambio Climático.
Protocolo de Gases de Efecto Invernadero (GHG).
Protocolo de Kioto sobre el cambio climático.
Protocolo de Montreal.
Norma ISO 14064:2006 Gases de efecto invernadero.
Norma ISO 14065:2013 Gases de efecto invernadero -
Requisitos para los organismos que realizan la validación y la
Página 27
verificación de gases de efecto invernadero, para su uso en la
acreditación u otras formas de reconocimientos.
Norma ISO 14067:2013 Gases de efecto invernadero - Huella
de carbono de productos - Requisitos y directrices para la
cuantificación y comunicación.
2.4.2 Marco legal
Constitución Política de la República del Ecuador de 2008.
Ley de Gestión Ambiental: R.O. 245 – 30 de Julio de 1999.
Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente:
R.O. 725 – 16 de diciembre, 2002.
Este cuerpo legal es el vigente dentro de la República del Ecuador, área
de influencia directa e indirecta de los efectos ambientales de los gases
de efecto invernadero emitidos por el ingenio azucarero tomado como
ejemplo para el presente trabajo de titulación.
Página 28
CAPITULO 3. DESARROLLO DE LOS ESCENARIOS
3.1 Base de cálculo
3.1.1 Emisión de gases de efecto invernadero en zafra 2015
Los gases de efecto invernadero son inherentes a las actividades
productivas, catalogados en el mejor de los casos como subproductos no
deseados.
La zafra 2015 inicio en junio de citado año y culmino en enero de 2016;
para la línea base de los escenarios, se consideran las siguientes
variables:
Caña de azúcar (Saccharum Officinarum) cosechada.
Residuo orgánico (bagazo de caña) obtenido.
Energía eléctrica generada.
Dentro del ingenio azucarero, matriz del presente trabajo de titulación, el
residuo orgánico (bagazo de caña) es utilizado en su totalidad como
combustible, siendo esta información la base de cálculo; pues de su masa
se puede, con las fórmulas adecuadas de balance de materia y energía,
obtener la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos durante el
periodo en que sea utilizado.
Página 29
TABLA 01. BALANCE GENERAL ZAFRA 2015.
Descripción
Zafra 2015
Caña
cosechada Unidad
Residuo
obtenido Unidad
Energía
eléctrica
generada
Unidad
Julio 2015 219.755,60 Tn 63.871,32 Tn 12.182,67 MWh
Agosto 2015 318.798,72 Tn 90.881,08 Tn 16.548,38 MWh
Septiembre 2015 257.818,09 Tn 76.696,81 Tn 14.951,83 MWh
Octubre 2015 324.800,11 Tn 95.876,62 Tn 18.392,18 MWh
Noviembre 2015 274.275,99 Tn 87.109,09 Tn 16.552,43 MWh
Diciembre 2015 281.937,78 Tn 84.080,62 Tn 9.405,53 MWh
Enero 2016 16.352,91 Tn 5.057,28 Tn 0,00 MWh
Total 1’693.739,20 Tn 503.572,82 Tn 88.033,02 MWh
FUENTE: INGENIO AZUCARERO.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Como se observa en la tabla precedente, el ingenio es autosustentable
durante seis (6) meses de cada año, en el periodo comprendido entre
junio y diciembre, utilizando el desecho orgánico que se genera por la
extracción del jugo dulce que se obtiene de la caña de azúcar
(Saccharum Officinarum), conocido en el medio como “bagazo de caña” o
simplemente “bagazo”.
3.1.2 Energía eléctrica generada
Los ingenios azucareros requieren de un suministro constante de vapor
de agua mientras están en operaciones, periodo conocido como zafra; sin
embargo, la fuerza que tiene este vapor puede ser utilizada para generar
energía eléctrica, usando el principio de dinamo, se intercala en la línea
un sistema de aspas que se conecten a un generador eléctrico.
Página 30
TABLA 02. ENERGÍA ELÉCTRICA GENERADA.
Mes
Zafra 2015
Residuo
obtenido Unidad
Energía eléctrica Unidad
Generado Consumido Excedente
Julio 2015 63.871,32 Tn 12.182,67 6.452,73 5.729,95 MWh
Agosto 2015 90.881,08 Tn 16.548,38 9.275,18 7.273,19 MWh
Septiembre 2015 76.696,81 Tn 14.951,83 7.609,80 7.342,02 MWh
Octubre 2015 95.876,62 Tn 18.392,18 9.056,36 9.335,82 MWh
Noviembre 2015 87.109,09 Tn 16.552,43 7.949,31 8.603,12 MWh
Diciembre 2015 84.080,62 Tn 9.405,53 4.696,91 4.708,63 MWh
Enero 2016 5.057,28 Tn 0,00 0,00 0,00 MWh
Total 503.572,82 Tn 88.033,02 45.040,30 42.992,73 MWh
FUENTE: INGENIO AZUCARERO.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
El excedente de energía eléctrica generada es entregado al Sistema
Nacional Interconectado (SNI) del Ecuador.
3.1.3 Deducción de fórmulas
Para la obtención de las cantidades de gases de efecto invernadero
emitidos, se recurre al capítulo 2 de las “Directrices del IPCC de 2006
para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero”, dentro
del cual se especifican los valores de estas emisiones en función de la
equivalencia energética del material utilizado como combustible.
TABLA 03. ENERGÍA POR MASA DE BAGAZO DE CAÑA.
Tipo Valor
Biocombustibles solidos
Otra biomasa solida primaria 11,6
TJ
Gg
FUENTE: IPCC, 2006.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Página 31
La misma fuente indica la relación entre la cantidad de energía que
produce un combustible y la masa de gases de efecto invernadero
emitidos, esto fundamental para el establecimiento de fórmulas que
permitan cuantificar estos últimos.
TABLA 04. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR EL BAGAZO DE
CAÑA.
Tipo Gas de efecto invernadero Valor Unidad
Biocombustibles solidos
Otra biomasa solida primaria
Dióxido de carbono 100.000 Kg CO2
TJ
Metano 30 Kg CH4
TJ
Óxido de nitrógeno 4 Kg N2O
TJ
FUENTE: IPCC, 2006.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con estos datos, se establecen las fórmulas para la obtención de los
valores, en toneladas, de los gases de efecto invernadero emitidos por el
consumo de este combustible.
TABLA 05. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO.
Descripción Formula
Dióxido de
carbono
𝑀 𝑇𝑛 𝐵 ∙ 1 𝐺𝑔 𝐵
1000 𝑇𝑛 𝐵∙
11,6 𝑇𝐽 𝐵
1 𝐺𝑔 𝐵∙
100000 𝐾𝑔 𝐶𝑂2
1 𝑇𝐽 𝐵∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
1000 𝐾𝑔 𝐶𝑂2
= 𝑋1 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
Metano 𝑀 𝑇𝑛 𝐵 ∙
1 𝐺𝑔 𝐵
1000 𝑇𝑛 𝐵∙
11,6 𝑇𝐽 𝐵
1 𝐺𝑔 𝐵∙
30 𝐾𝑔 𝐶𝐻4
1 𝑇𝐽 𝐵∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
1000 𝐾𝑔 𝐶𝐻4
= 𝑌1 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
Oxido de
nitrógeno
𝑀 𝑇𝑛 𝐵 ∙ 1 𝐺𝑔 𝐵
1000 𝑇𝑛 𝐵∙
11,6 𝑇𝐽 𝐵
1 𝐺𝑔 𝐵∙
4 𝐾𝑔 𝑁2𝑂
1 𝑇𝐽 𝐵∙
1 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
1000 𝐾𝑔 𝑁2𝑂
= 𝑍1 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
Dónde: B = Cantidad de bagazo de caña.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Página 32
La medición de la cantidad de gases se normaliza en función de la
capacidad del dióxido de carbono en aumentar el efecto invernadero,
utilizando como base para este cálculo la siguiente tabla:
TABLA 06. EQUIVALENCIAS DE EMISIONES DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO EN FUNCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO.
Gas de efecto
invernadero base
Gas de efecto
invernadero equivalente Relación
Metano Dióxido de carbono 1 : 25
Óxido de nitrógeno Dióxido de carbono 1 : 298
FUENTE: IPCC FOURTH ASSESSMENT REPORT, 2007.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.2 Escenario 1: uso de bagazo de caña como combustible
Con las formulas establecidas en el apartado anterior, se realiza el cálculo
de la cantidad de gases de efecto invernadero producidos por el consumo
de “bagazo” durante los seis (6) meses que este es utilizado como
combustible en un ingenio azucarero.
TABLA 07. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR USO DE BAGAZO
DE CAÑA COMO COMBUSTIBLE.
Escenario 1: combustible bagazo de caña
Mes Dióxido de
carbono Unidad Metano Unidad
Óxido de
nitrógeno Unidad
Julio 2015 74.090,73 Tn 22,23 Tn 2,96 Tn
Agosto 2015 105.422,05 Tn 31,63 Tn 4,22 Tn
Septiembre 2015 88.968,30 Tn 26,69 Tn 3,56 Tn
Octubre 2015 111.216,87 Tn 33,37 Tn 4,45 Tn
Noviembre 2015 101.046,55 Tn 30,31 Tn 4,04 Tn
Diciembre 2015 97.533,52 Tn 29,26 Tn 3,90 Tn
Página 33
Enero 2016 5.866,45 Tn 1,76 Tn 0,23 Tn
Total 584.144,47 Tn 175,24 Tn 23,37 Tn
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Los datos obtenidos sirven para estimar la cantidad de combustibles que
serán requeridos para los escenarios 2 y 3, en los cuales se calcularía
utilizando como combustibles Fuel Oil 6 y Diésel 2 respectivamente.
3.2.1 Cálculo de costo del combustible
El combustible utilizado en el presente escenario no tiene costo, ya que
es un residuo del proceso de elaboración de azúcar, el cual es utilizado
como combustible por su poder calorífico en lugar de ser dispuesto como
un desecho común.
TABLA 08. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 1.
Mes Costo de
bagazo de caña Unidad
Julio 2015 0,00 USD $
Agosto 2015 0,00 USD $
Septiembre 2015 0,00 USD $
Octubre 2015 0,00 USD $
Noviembre 2015 0,00 USD $
Diciembre 2015 0,00 USD $
Enero 2016 0,00 USD $
Total 0,00 USD $
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Página 34
3.3 Escenario 2: uso de Fuel Oil 6 como combustible
3.3.1 Base de cálculo
Para calcular la cantidad de combustible equivalente en Fuel Oil 6 al
“bagazo de caña” que pudiere ser utilizado en el ingenio azucarero, se
utilizara como base el poder energético del combustible seleccionado.
TABLA 09. CARACTERÍSTICAS FUEL OIL 6.
Fuel Oil 6 Valor Unidad
Poder energético 40,4 TJ
Gg
Densidad a 60° F 960 Kg
m3
FUENTES: IPCC, 2006. PETROCOMERCIAL, 2014.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.3.2 Cantidad requerida de combustible
Para el cálculo de la cantidad de combustible requerido en el escenario 2,
se debe conocer primero la cantidad de energía que emite, al ser
combustionado, el bagazo de caña; con esta información, se procede a
establecer el volumen del combustible seleccionado para el presente
escenario: Fuel Oil 6, mediante la siguiente formula:
Página 35
TABLA 10. FORMULA PARA COMPARACIÓN ENERGÉTICA DE FUEL OIL 6 COMO
COMBUSTIBLE.
Descripción Formula
Bagazo de
caña 𝑀 𝑇𝑛 𝐵 ∙
1 𝐺𝑔 𝐵
1000 𝑇𝑛 𝐵∙
11.6 𝑇𝐽 𝐵
1 𝐺𝑔 𝐵 = 𝐾 𝑇𝐽
Fuel Oil 6 𝐾 𝑇𝐽 ∙ 1 𝐺𝑔 𝐹
40.4 𝑇𝐽∙
1000000 𝐾𝑔 𝐹
1 𝐺𝑔 𝐹∙
1 𝑚3 𝐹
960 𝐾𝑔 𝐹∙
264.17 𝐺𝑙 𝐹
1 𝑚3 𝐹= 𝑁 𝐺𝑙 𝐹
Dónde: B = Cantidad de bagazo de caña.
F = Cantidad de Fuel Oil 6.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con esta fórmula se obtiene la cantidad en galones de combustible
requerido para reemplazar al bagazo de caña, asimismo esta información
será utilizada para el cálculo de los gases de efecto invernadero que
emite el escenario 2.
TABLA 11. EQUIVALENCIAS DE COMBUSTIBLES PARA ESCENARIO 2.
Mes Equivalencias
Bagazo de caña Unidad Fuel Oil 6 Unidad
Julio 2015 63.871,32 Tn 5’046.592,26 Gl
Agosto 2015 90.881,08 Tn 7’180.683,93 Gl
Septiembre 2015 76.696,81 Tn 6’059.958,69 Gl
Octubre 2015 95.876,62 Tn 7’575.390,70 Gl
Noviembre 2015 87.109,09 Tn 6’882.652,32 Gl
Diciembre 2015 84.080,62 Tn 6’643.366,96 Gl
Enero 2016 5.057,28 Tn 399.585,47 Gl
Total 503.572,82 Tn 39’788.230,32 Gl
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Página 36
3.3.3 Cálculo de gases de efecto invernadero emitidos
Para la cuantificación de las emisiones de gases de efecto invernadero
por el uso del combustible seleccionado para el presente escenario, se
recurre a las fórmulas que se expresan en la siguiente tabla.
TABLA 12. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO DE FUEL OIL 6 COMO COMBUSTIBLE.
Descripción Formula
Dióxido de
carbono
𝑁 𝐺𝑙 𝐹 ∙ 1 𝑚3 𝐹
264,17 𝐺𝑙 𝐹∙
960 𝐾𝑔 𝐹
1 𝑚3 𝐹∙
1 𝐺𝑔 𝐹
1000000 𝐾𝑔 𝐹∙
40,4 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐹
∙77400 𝐾𝑔 𝐶𝑂2
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
1000 𝐾𝑔 𝐶𝑂2 = 𝑋2 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
Metano
𝑁 𝐺𝑙 𝐹 ∙ 1 𝑚3 𝐹
264,17 𝐺𝑙 𝐹∙
960 𝐾𝑔 𝐹
1 𝑚3 𝐹∙
1 𝐺𝑔 𝐹
1000000 𝐾𝑔 𝐹∙
40,4 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐹
∙3 𝐾𝑔 𝐶𝐻4
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
1000 𝐾𝑔 𝐶𝐻4 = 𝑌2 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
Óxido de
nitrógeno
𝑁 𝐺𝑙 𝐹 ∙ 1 𝑚3 𝐹
264,17 𝐺𝑙 𝐹∙
960 𝐾𝑔 𝐹
1 𝑚3 𝐹∙
1 𝐺𝑔 𝐹
1000000 𝐾𝑔 𝐹∙
40,4 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐹
∙0,6 𝐾𝑔 𝑁2𝑂
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
1000 𝐾𝑔 𝑁2𝑂 = 𝑍2 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
Dónde: F = Cantidad de Fuel Oil 6.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con estas se realiza el cálculo de la cantidad de gases de efecto
invernadero producidos por el consumo de Fuel Oil 6 en como
combustible sustituto del “bagazo de caña” durante los seis (6) meses de
zafra.
TABLA 13. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR USO DE FUEL OIL
6 COMO COMBUSTIBLE.
Escenario 2: combustible Fuel Oil 6
Mes Dióxido de
carbono Unidad Metano Unidad
Óxido de
nitrógeno Unidad
Julio 2015 57346,22 Tn 2,22 Tn 0,44 Tn
Agosto 2015 81596,67 Tn 3,16 Tn 0,63 Tn
Página 37
Septiembre 2015 68861,47 Tn 2,67 Tn 0,53 Tn
Octubre 2015 86081,86 Tn 3,34 Tn 0,67 Tn
Noviembre 2015 78210,03 Tn 3,03 Tn 0,61 Tn
Diciembre 2015 75490,94 Tn 2,93 Tn 0,59 Tn
Enero 2016 4540,63 Tn 0,18 Tn 0,04 Tn
Total 452127,82 Tn 17,52 Tn 3,50 Tn
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.3.4 Cálculo de costo del combustible
El costo económico del combustible seleccionado (Fuel Oil 6) se calcula
utilizando el precio referencial de Petrocomercial.
TABLA 14. FORMULA PARA CÁLCULO DE COSTO DEL COMBUSTIBLE FUEL OIL
6.
Descripción Formula
Fuel Oil 6 𝑁 𝐺𝑙 𝐹 ∙ 𝑈𝑆𝐷 $ 0,6944
1 𝐺𝑙 𝐹 = 𝑈𝑆𝐷 $ 𝑊
Dónde: F = Cantidad de Fuel Oil 6.
FUENTE: PETROCOMERCIAL, 2015.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Esta ecuación muestra el costo del combustible seleccionado para el
presente escenario.
TABLA 15. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 2.
Mes Costo de Fuel
Oil 6 Unidad
Julio 2015 3’504.353,66 USD $
Agosto 2015 4’986.266,92 USD $
Septiembre 2015 4’208.035,31 USD $
Octubre 2015 5’260.351,31 USD $
Noviembre 2015 4’779.313,77 USD $
Diciembre 2015 4’613.154,01 USD $
Página 38
Enero 2016 277.472,15 USD $
Total 27’628.947,13 USD $
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.4 Escenario 3: uso de Diésel 2 como combustible
3.4.1 Base de cálculo
Para calcular la cantidad de combustible equivalente al “bagazo de caña”
que pudiere ser utilizado en el ingenio azucarero, se utilizara como base
el poder energético del combustible seleccionado: Diésel 2.
TABLA 16. CARACTERÍSTICAS DIÉSEL 2.
Fuel Oil 6 Valor Unidad
Poder energético 43 TJ
Gg
Densidad a 60° F 845 Kg
m3
FUENTES: IPCC, 2006. PETROCOMERCIAL, 2014.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.4.2 Cantidad requerida de combustible
Para el cálculo de la cantidad de combustible requerido en el escenario 3,
se debe conocer primero la cantidad de energía que emite, al ser
combustionado, el bagazo de caña; con esta información, se procede a
establecer el volumen del combustible seleccionado para el presente
escenario: Diésel 2, mediante la siguiente formula:
Página 39
TABLA 17. FORMULA PARA COMPARACIÓN ENERGÉTICA DE DIÉSEL 2 COMO
COMBUSTIBLE.
Descripción Formula
Bagazo de
caña 𝑀 𝑇𝑛 𝐵 ∙
1 𝐺𝑔 𝐵
1000 𝑇𝑛 𝐵∙
11.6 𝑇𝐽 𝐵
1 𝐺𝑔 𝐵 = 𝐾 𝑇𝐽
Diésel 2 𝐾 𝑇𝐽 ∙ 1 𝐺𝑔 𝐷
43 𝑇𝑗∙
1000000 𝐾𝑔 𝐷
1 𝐺𝑔 𝐷∙
1 𝑚3 𝐷
845 𝐾𝑔 𝐷∙
264.17 𝐺𝑙 𝐷
1 𝑚3 𝐷= 𝑂 𝐺𝑙 𝐷
Dónde: B = Cantidad de bagazo de caña.
D = Cantidad de Diésel 2.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con esta fórmula se obtiene la cantidad en galones de combustible
requerido para reemplazar al bagazo de caña, asimismo esta información
será utilizada para el cálculo de los gases de efecto invernadero que
emite el escenario 3.
TABLA 18. EQUIVALENCIAS DE COMBUSTIBLES PARA ESCENARIO 3.
Mes Equivalencias
Bagazo de caña Unidad Fuel Oil 6 Unidad
Julio 2015 63.871,32 Tn 4’741.449,47 Gl
Agosto 2015 90.881,08 Tn 6’746.503,04 Gl
Septiembre 2015 76.696,81 Tn 5’693.542,58 Gl
Octubre 2015 95.876,62 Tn 7’117.343,82 Gl
Noviembre 2015 87.109,09 Tn 6’466.491,95 Gl
Diciembre 2015 84.080,62 Tn 6’241.675,00 Gl
Enero 2016 5.057,28 Tn 375.424,48 Gl
Total 503.572,82 Tn 37’382.430,34 Gl
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Página 40
3.4.3 Cálculo de gases de efecto invernadero emitidos
Para la cuantificación de las emisiones de gases de efecto invernadero
por el uso del combustible seleccionado para el presente escenario, se
recurre a las fórmulas que se expresan en la siguiente tabla.
TABLA 19. FORMULAS PARA OBTENCIÓN DE VALORES DE GASES DE EFECTO
INVERNADERO DE DIÉSEL 2 COMO COMBUSTIBLE.
Descripción Formula
Dióxido de
carbono
𝑂 𝐺𝑙 𝐷 ∙ 1 𝑚3 𝐷
264,17 𝐺𝑙 𝐷∙
845 𝐾𝑔 𝐷
1 𝑚3 𝐷∙
1 𝐺𝑔 𝐷
1000000 𝐾𝑔 𝐷∙
43 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐷
∙74100 𝐾𝑔 𝐶𝑂2
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
1000 𝐾𝑔 𝐶𝑂2 = 𝑋3 𝑇𝑛 𝐶𝑂2
Metano
𝑂 𝐺𝑙 𝐷 ∙ 1 𝑚3 𝐷
264,17 𝐺𝑙 𝐷∙
845 𝐾𝑔 𝐷
1 𝑚3 𝐷∙
1 𝐺𝑔 𝐷
1000000 𝐾𝑔 𝐷∙
43 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐷
∙3 𝐾𝑔 𝐶𝐻4
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
1000 𝐾𝑔 𝐶𝐻4 = 𝑌3 𝑇𝑛 𝐶𝐻4
Óxido de
nitrógeno
𝑂 𝐺𝑙 𝐷 ∙ 1 𝑚3 𝐷
264,17 𝐺𝑙 𝐷∙
845 𝐾𝑔 𝐷
1 𝑚3 𝐷∙
1 𝐺𝑔 𝐷
1000000 𝐾𝑔 𝐷∙
43 𝑇𝐽
1 𝐺𝑔 𝐷
∙0,6 𝐾𝑔 𝑁2𝑂
1 𝑇𝐽∙
1 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
1000 𝐾𝑔 𝑁2𝑂 = 𝑍3 𝑇𝑛 𝑁2𝑂
Dónde: F = Cantidad de Diésel 2.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con estas se realiza el cálculo de la cantidad de gases de efecto
invernadero producidos por el consumo de Diésel 2 en como combustible
sustituto del “bagazo de caña” durante los seis (6) meses de zafra.
TABLA 20. GASES DE EFECTO INVERNADERO EMITIDOS POR USO DE DIÉSEL 2
COMO COMBUSTIBLE.
Escenario 1: combustible bagazo de caña
Mes Dióxido de
carbono Unidad Metano Unidad
Óxido de
nitrógeno Unidad
Julio 2015 48324,52 Tn 1,96 Tn 0,39 Tn
Página 41
Agosto 2015 68759,89 Tn 2,78 Tn 0,56 Tn
Septiembre 2015 58028,19 Tn 2,35 Tn 0,47 Tn
Octubre 2015 72539,47 Tn 2,94 Tn 0,59 Tn
Noviembre 2015 65906,03 Tn 2,67 Tn 0,53 Tn
Diciembre 2015 63614,71 Tn 2,58 Tn 0,52 Tn
Enero 2016 3826,30 Tn 0,15 Tn 0,03 Tn
Total 380999,11 Tn 15,43 Tn 3,09 Tn
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.4.4 Cálculo de costo del combustible
El costo económico del combustible seleccionado (Diésel 2) se calcula
utilizando el precio referencial de Petrocomercial.
TABLA 21. FORMULA PARA CÁLCULO DE COSTO DEL COMBUSTIBLE.
Descripción Formula
Diésel 2 𝑂 𝐺𝑙 𝐷 ∙ 𝑈𝑆𝐷 $ 0,900704
1 𝐺𝑙 𝐷 = 𝑈𝑆𝐷 $ 𝑊
Dónde: D = Cantidad de Diésel 2.
FUENTE: PETROCOMERCIAL, 2015.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Esta ecuación muestra el costo del combustible seleccionado para el
presente escenario.
TABLA 22. COSTO ECONÓMICO DEL ESCENARIO 3.
Mes Costo de Fuel
Oil 6 Unidad
Julio 2015 4’270.642,50 USD $
Agosto 2015 6’076.602,28 USD $
Septiembre 2015 5’128.196,57 USD $
Octubre 2015 6’410.620,05 USD $
Noviembre 2015 5’824.395,16 USD $
Diciembre 2015 5’621.901,64 USD $
Página 42
Enero 2016 338.146,33 USD $
Total 33’670.504,54 USD $
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
3.5 Evaluación de los escenarios
Una vez que cuantificadas las emisiones de cada escenario, se procede a
evaluarlos, con la finalidad de encontrar el idóneo no solo ambientalmente
sustentable sino sostenible, lo que implica la comparación del costo
económico de los combustibles propuestos.
Para las evaluaciones se toma como base los datos obtenidos en la
cuantificación, tanto de emisión de gases de efecto invernadero como de
costo económico, del escenario 1, el cual es utilizado actualmente por el
ingenio azucarero tomado como fundamento del presente trabajo de
titulación.
3.5.1 Evaluación del escenario 2 frente al escenario 1
La evaluación consiste en comparar la cantidad de gases de efecto
invernadero emitidos por el consumo del combustible propuesto (Fuel Oil
6) en cantidad que asegure la misma energía, previamente medida en
Tera Joules (TJ), que provee el bagazo de caña utilizado actualmente, así
como su costo económico.
Para una eficiente comparación, el volumen del combustible propuesto
será expresado en masa.
Página 43
TABLA 23. COMPARACIÓN DE EMISIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
ENTRE ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 2.
Escenario Dióxido de
carbono Metano
Óxido de
nitrógeno Unidad
Escenario 1: Combustible
Bagazo de caña 584144,47 175,24 23,37 Tn
Escenario 2: Combustible
Fuel Oil 6 452127,82 17,52 3,50 Tn
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Como se observa en la tabla 23, la cantidad de gases de efecto
invernadero emitida es menor utilizando Fuel Oil 6 en lugar de bagazo de
caña, en un porcentaje de 1,29% para el dióxido de carbono, 10,00% para
el metano y 6,67% para el óxido de nitrógeno; esto indica que
ambientalmente es viable.
TABLA 24. COMPARACIÓN DE MASAS Y COSTOS ENTRE ESCENARIO 1 Y
ESCENARIO 2.
Combustible Bagazo de caña Fuel Oil 6
Mes Masa real Unidad Costo
real Unidad
Masa
teórica Unidad
Costo
teórico Unidad
Julio 2015 63.871,32 Tn 0,00 USD $ 18.339,29 Tn 3’504.353,66 USD $
Agosto 2015 90.881,08 Tn 0,00 USD $ 26.094,57 Tn 4’986.266,92 USD $
Septiembre 2015 76.696,81 Tn 0,00 USD $ 22.021,86 Tn 4’208.035,31 USD $
Octubre 2015 95.876,62 Tn 0,00 USD $ 27.528,93 Tn 5’260.351,31 USD $
Noviembre 2015 87.109,09 Tn 0,00 USD $ 25.011,52 Tn 4’779.313,77 USD $
Diciembre 2015 84.080,62 Tn 0,00 USD $ 24.141,96 Tn 4’613.154,01 USD $
Enero 2016 5.057,28 Tn 0,00 USD $ 1.452,09 Tn 277.472,15 USD $
Total 503.572,82 Tn 0,00 USD $ 144.590,22 Tn 27’628.947,13 USD $
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Como se aprecia en la tabla 24, el costo del reemplazo de bagazo de
caña en con combustible líquido Fuel Oil 6 tendría un costo, al año 2015,
de Veinte y siete millones seiscientos veinte y ocho mil novecientos
Página 44
cuarenta y siete con 13/100 dólares de los Estados Unidos de
Norteamérica (USD $ 27’628.947,13), lo cual califica como alto costo
económico al presentar ocho (8) cifras; esto indica que ambientalmente no
es sustentable.
3.5.2 Evaluación del escenario 3 frente al escenario 1
La evaluación consiste en comparar la cantidad de gases de efecto
invernadero emitidos por el consumo del combustible propuesto (Diésel 2)
en cantidad que asegure la misma energía, previamente medida en Tera
Joules (TJ), que provee el bagazo de caña utilizado actualmente, así
como su costo económico.
Para una eficiente comparación, el volumen del combustible propuesto
será expresado en masa.
TABLA 25. COMPARACIÓN DE EMISIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
ENTRE ESCENARIO 1 Y ESCENARIO 3.
Escenario Dióxido de
carbono Metano
Óxido de
nitrógeno Unidad
Escenario 1: Combustible
Bagazo de caña 584144,47 175,24 23,37 Tn
Escenario 3: Combustible
Diésel 2 380999,11 15,43 3,09 Tn
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Como se observa en la tabla 23, la cantidad de gases de efecto
invernadero emitida es menor utilizando Fuel Oil 6 en lugar de bagazo de
caña, en un porcentaje de 1,53% para el dióxido de carbono, 11,36% para
el metano y 7,57% para el óxido de nitrógeno; esto indica que
ambientalmente es viable.
Página 45
TABLA 26. COMPARACIÓN DE MASAS Y COSTOS ENTRE ESCENARIO 1 Y
ESCENARIO 3.
Combustible Bagazo de caña Diésel 2
Mes Masa real Unidad Costo
real Unidad
Masa
teórica Unidad
Costo
teórico Unidad
Julio 2015 63.871,32 Tn 0,00 USD $ 15.166,34 Tn 4’270.642,50 USD $
Agosto 2015 90.881,08 Tn 0,00 USD $ 21.579,85 Tn 6’076.602,28 USD $
Septiembre 2015 76.696,81 Tn 0,00 USD $ 18.211,78 Tn 5’128.196,57 USD $
Octubre 2015 95.876,62 Tn 0,00 USD $ 22.766,05 Tn 6’410.620,05 USD $
Noviembre 2015 87.109,09 Tn 0,00 USD $ 20.684,19 Tn 5’824.395,16 USD $
Diciembre 2015 84.080,62 Tn 0,00 USD $ 19.965,07 Tn 5’621.901,64 USD $
Enero 2016 5.057,28 Tn 0,00 USD $ 1.200,86 Tn 338.146,33 USD $
Total 503.572,82 Tn 0,00 USD $ 119.574,15 Tn 33’670.504,54 USD $
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Como se aprecia en la tabla 26, el costo del reemplazo de bagazo de
caña en con combustible líquido Diésel 2 tendría un costo, al año 2015,
de Treinta y tres millones seiscientos setenta mil quinientos cuatro con
54/100 dólares de los Estados Unidos de Norteamérica (USD $
33’670.504,54), lo cual califica como alto costo económico al presentar
ocho (8) cifras y superando en Seis millones cuarenta y un mil quinientos
cincuenta y siete con 41/100 dólares de los Estados Unidos de
Norteamérica (USD $ 6’041.557,41); esto indica que ambientalmente no
es sustentable.
3.6 Normalización de los gases de efecto invernadero
Para conocer la potencia de efecto invernadero de un gas, este es
expresado en función de la cantidad de dióxido de carbono necesaria
para igualarlo; por lo cual se deben normalizar los dos (2) gases emitidos
y calculados por las actividades de un ingenio azucarero; esta relación fue
presentada en la tabla 06. Equivalencias de emisiones de gases de efecto
Página 46
invernadero en función de dióxido de carbono, del presente trabajo de
titulación.
TABLA 27. VALORES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO EXPRESADOS
COMO MASA DE DIÓXIDO DE CARBONO.
Escenario Dióxido de
carbono Metano
Dióxido de
carbono
equivalente
de Metano
Óxido de
nitrógeno
Dióxido de
carbono
equivalente
de Óxido
de
nitrógeno
Dióxido de
carbono
total
(Xt)
Unidad
Combustible
Bagazo de caña 584144,47 175,24 4381,08 23,37 6963,00 595488,56 Tn
Combustible
Fuel Oil 6 452127,82 17,52 438,11 3,50 1044,45 453610,38 Tn
Combustible
Diésel 2 380999,11 15,43 385,63 3,09 919,33 382304,07 Tn
FUENTE: IPCC FOURTH ASSESSMENT REPORT, 2007
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Una vez obtenido este valor se puede hacer una comparación más
efectiva de la cantidad de gases emitidos expresados como dióxido de
carbono, que aumentaran el efecto invernadero existente por la
contaminación aérea.
Página 47
GRÁFICO 01. DIÓXIDO DE CARBONO TOTAL EMITIDO POR ESCENARIO.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Este cálculo es fundamentar tanto para una comparación definida en un
solo gas, y a su vez, la estimación de un sumidero que absorba el dióxido
de carbono emitido y compense el efecto de los restantes gases: metano
y óxido de nitrógeno, como si estos se tratasen de anhídrido carbónico.
3.7 Selección del escenario idóneo
Una vez completados los cálculos para la cuantificación de las emisiones
en los escenarios, su normalización a dióxido de carbono, así como la
comparación económica de los mismos, se procede a la selección del
escenario definitivo y su respectiva justificación; para lo cual se presenta
la siguiente tabla, la cual recaba la información esencial para realizar esta
elección.
Página 48
TABLA 28. COMPARACIÓN GENERAL DE LOS ESCENARIOS.
Descripción Combustible
Bagazo de caña
Combustible
Fuel Oil 6
Combustible
Diésel 2 Unidad
Cantidad de
combustible 503.572,82 144.590,22 119.574,15 Tn
Costo económico 0,00 27’628.947,13 33’670.504,54 USD $
Gas de efecto
invernadero emitido 595.488,56 453.610,38 382.304,07 Tn CO2
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
La información de la tabla 28 es fundamental para la elección del
escenario que sea ambientalmente sostenible y sustentable.
La información recabada sustenta el escenario 1, ya que es
ambientalmente sustentable al consumir un combustible rico en carbono,
el cual degradara con el tiempo en dióxido de carbono por las reacciones
naturales de putrefacción de la materia orgánica efectuada por las
bacterias comunes existentes en todos los entornos.
Asimismo es ambientalmente sustentable ya que al no tener valor el
combustible bagazo de caña es económicamente rentable, en
comparación a los costos anuales de los combustibles propuestos en los
escenarios 2 y 3, que se expresan en más de dos (2) docenas de millones
de dólares de los Estados Unidos de Norteamérica.
Página 49
GRÁFICO 02. COMPARACIÓN ECONÓMICO - AMBIENTAL DE LOS ESCENARIOS.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Por lo tanto, se define que el escenario 1: uso de bagazo de caña como
combustible, es ambientalmente sustentable y sostenible; con esta
información se procede al cálculo del sumidero de dióxido de carbono,
tomando como guía el pilar fundamental de todo ingenio azucarero: el
cañaveral.
3.8 Sumidero de las emisiones generadas
Para establecer un sumidero de las emisiones generadas por las
actividades de un ingenio azucarero, se parte del requerimiento de este
en sembrar plantas de caña de azúcar (Saccharum Officinarum) para su
crecimiento y cosecha.
Con este antecedente, se establecerá como mecanismo de absorción de
los gases de efecto invernadero generados, el cultivo de caña de azúcar
(Saccharum Officinarum), para lo cual se calculara la cantidad de hectáreas
a ser sembradas con los datos obtenidos del escenario 1, así como su
comparación con la capacidad de siembra actual del ingenio azucarero.
Página 50
3.8.1 Cálculo de la cantidad de hectáreas a ser sembradas
La caña de azúcar (Saccharum Officinarum) es una planta tropical versátil,
la cual ha sido definida tipo C4 acorde a su capacidad de absorción y
fijación de dióxido de carbono; estableciendo como relación convencional
una absorción media de 30 (treinta) toneladas de dióxido de carbono
anuales por media hectárea de cañaveral. La ecuación para determinar la
cantidad de hectáreas a ser sembradas.
GRÁFICO 03. SACCHARUM OFFICINARUM.
FUENTE: KOEHLER, 1887.
Página 51
TABLA 29. CANTIDAD DE HECTÁREAS DE CAÑA DE AZÚCAR POR SEMBRAR EN
BASE DEL DIÓXIDO DE CARBONO TOTAL EMITIDO.
Descripción Formula
Cálculo de
hectáreas a
sembrar
𝑋𝑡 𝑇𝑛 𝐶𝑂2 ∙ 0,5 𝐻𝑎
30 𝑇𝑛 𝐶𝑂2 = 𝑆 𝐻𝑎
FUENTE: www.lameca.org/dossiers/canne/4_esp.htm, 2011.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con esta ecuación, se obtienen los datos necesarios para verificar si la
actual capacidad del ingenio azucarero, de veinte y tres mil doscientos
sesenta y dos hectáreas de cañaveral (23262 Ha) abastecen para la
absorción del dióxido de carbono calculado para el escenario 1.
TABLA 30. COMPARACIÓN DE HECTÁREAS DE CAÑAVERAL EXISTENTES Y
TEÓRICOS REQUERIDOS COMO SUMIDERO DE CARBONO.
Descripción Valor Unidad
Dióxido de carbono total emitido 595488,56 Tn CO2
Hectáreas de sembrío de caña de
azúcar requeridos 9924,81 Ha
Hectáreas de sembrío de caña de
azúcar existentes 23262,00 Ha
Dióxido de carbono absorbido por el
cañaveral existente 1395720,00 Tn CO2
Relación absorción - emisión dióxido de
carbono 2,34 -
FUENTE: INGENIO AZUCARERO, 2015.
ELABORADO POR: JORGE ENRIQUE PLAZA RODRÍGUEZ.
Con esto se establece la viabilidad de la plantación de caña de azúcar
(Saccharum Officinarum), la cual excede en absorción 2,34 veces la
cantidad de gases de efecto invernadero (normalizados a dióxido de
carbono) emitidos; verificando, con los cálculos propuestos, la viabilidad
de un ingenio azucarero al ser ambientalmente sustentable y sostenible.
Página 52
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Luego del análisis de los datos proporcionados por el ingenio azucarero
tomado como ejemplo del presente trabajo de titulación, se concluyen los
siguientes puntos:
Emisión de dióxido de carbono global
El dióxido de carbono global emitido por la combustión de
bagazo de caña de azúcar es un 1,31 veces más alto que el
producido por el uso como combustible del Fuel Oil 6.
El dióxido de carbono global emitido por la combustión de
bagazo de caña de azúcar es un 1,56 veces más alto que el
producido por el uso como combustible del Diésel 2.
Esto indica que el uso de bagazo de caña es más contaminante, con
dióxido de carbono, que cantidades energéticamente similares de Fuel Oil
6 y Diésel 2.
Costo económico
El bagazo de caña de azúcar es un desecho de la producción
de azúcar, por lo cual no tiene costo.
La cantidad de Fuel Oil 6 necesaria para suplir las necesidades
energéticas que otorga el uso del bagazo de caña de azúcar
como combustible, tienen un costo de Veinte y siete millones
seiscientos veinte y ocho mil novecientos cuarenta y siete con
13/100 dólares de los Estados Unidos de Norteamérica (USD $
27’628.947,13).
Página 53
La cantidad de Diésel 2 necesaria para suplir las necesidades
energéticas que otorga el uso del bagazo de caña de azúcar
como combustible, tienen un costo de Treinta y tres millones
seiscientos setenta mil quinientos cuatro con 54/100 dólares de
los Estados Unidos de Norteamérica (USD $ 33’670.504,54).
Esto indica que el uso de bagazo de caña es económicamente rentable al
no tener costo y en parte ambientalmente viable al reducir la presencia de
este desecho orgánico.
El escenario elegido es en el cual se utiliza bagazo de caña como
combustible, ya que a pesar de tener mayor emisividad de dióxido de
carbono global, los combustibles fósiles (Fuel Oil 6 y Diésel 2) contienen
azufre y metales pesados, los cuales al momento de la combustión
forman otro tipo de gases, los cuales contaminan con gases precursores
de lluvia acida.
Además de estos puntos, el dióxido de carbono emitido por la combustión
de bagazo de caña es absorbido por el mismo cañaveral; ya que
teóricamente se requieren 9924,81 hectáreas de plantación de caña de
azúcar para confinar este gas, el ingenio azucarero dispone de 23262,00
hectáreas, lo cual supera en 2,34 veces lo necesario para confinar el gas
de efecto invernadero emitido.
De utilizarse un combustible fósil, de tendrían 595488,56 toneladas de
dióxido de carbono adicionales a las emitidas por el uso del combustible
fósil usado, sin incluir los gases ácidos producidos.
Página 54
Recomendaciones
La principal recomendación es ejecutar este tipo de cálculo en los
ingenios azucareros del país, para que dispongan de esta herramienta útil
a la hora de calcular el grueso de las emisiones, requerido para el
establecimiento anual de la huella de carbono por las actividades y la
remediación de los efecto de los gases emitidos a través de la captura
utilizando cobertura vegetal, en este caso la caña de azúcar (Saccharum
Officinarum) como sumidero idóneo.
Página 55
BIBLIOGRAFÍA
Carvajal M. (2010) Investigación sobre la absorción de CO2 por los
cultivos más representativos. Reino de España.
Petrocomercial EP. (2015) Precios de venta en los terminales de
EP Petroecuador a las comercializadoras. Republica de Ecuador.
Greenhouse Gas Protocol. (2016) Global Warming Potentials.
Estados Unidos de Norteamérica.
IPCC (2007) Cambio climático 2007 Informe de síntesis. Suiza.
Amit G., Kainou K., Tinus P. (2006) Directrices del IPCC de 2006
para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.
República Francesa.
Oxiquim S.A. (2007) Hoja de datos de seguridad de productos –
Fuel Oil N° 6. República de Chile.
Petrocomercial EP. (2007) Hoja de seguridad – MSDS – Diesel 2.
Republica de Ecuador.
Página A
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Caña cosechada 219755.60 318798.72 257818.09 324800.11 274275.99 281937.78 16352.91 1693739.20 Tn
Residuo obtenido 63871.32 90881.08 76696.81 95876.62 87109.09 84080.62 5057.28 503572.82 Tn
Energía eléctrica generada 12182.67 16548.38 14951.83 18392.18 16552.43 9405.53 0.00 88033.02 MWh
155884.28 227917.64 181121.28 228923.49 187166.90 197857.16 11295.63 1190166.38 Tn
29.06 28.51 29.75 29.52 31.76 29.82 30.93 29.73 %
UnidadDescripción
Diferencia
Zafra 2015
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
junio/2015 julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016
To
ne
lad
as
Mes
Caña cosechada vs residuo obtenido
Cañacosechada
Residuoobtenido
Cantidad de bagazo disponible año 2015
Página B
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Masa real 63871.32 90881.08 76696.81 95876.62 87109.09 84080.62 5057.28 503572.82 Tn
Costo real 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 USD ($)
Energía 740.91 1054.22 889.68 1112.17 1010.47 975.34 58.66 5841.44 TJ
Volumen teórico 5046592.26 7180683.93 6059958.69 7575390.70 6882652.32 6643366.96 399585.47 39788230.32 Gl
Masa teórica 18339.29 26094.57 22021.86 27528.93 25011.52 24141.96 1452.09 144590.22 Tn
Costo teórico 3504353.66 4986266.92 4208035.31 5260351.31 4779313.77 4613154.01 277472.15 27628947.13 USD ($)
Energía 740.91 1054.22 889.68 1112.17 1010.47 975.34 58.66 5841.44 TJ
Volumen teórico 4741449.47 6746503.04 5693542.58 7117343.82 6466491.95 6241675.00 375424.48 37382430.34 Gl
Masa teórica 15166.34 21579.85 18211.78 22766.05 20684.19 19965.07 1200.86 119574.15 Tn
Costo teórico 4270642.50 6076602.28 5128196.57 6410620.05 5824395.16 5621901.64 338146.33 33670504.54 USD ($)
Energía 740.91 1054.22 889.68 1112.17 1010.47 975.34 58.66 5841.44 TJ
Fuel oil 6
Diésel
Zafra 2015UnidadDescripción
Bagazo de
caña
Base de cálculo
Página C
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Dióxido de
carbono74090.73 105422.05 88968.30 111216.87 101046.55 97533.52 5866.45 584144.47 Tn
Metano 22.23 31.63 26.69 33.37 30.31 29.26 1.76 175.24 Tn
Óxido de
nitrógeno2.96 4.22 3.56 4.45 4.04 3.90 0.23 23.37 Tn
Gases de
efecto
invernadero
UnidadEscenario 1
Descripción
0.00
20000.00
40000.00
60000.00
80000.00
100000.00
120000.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
Tone
lada
s CO
2
Meses
Dióxido de carbono emitido
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
Tone
lada
s CH
4
Meses
Metano emitido
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
Tone
lada
s N 2
O
Meses
Óxido de nitrógeno emitido
Escenario 01
Página D
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Dióxido de
carbono57346.22 81596.67 68861.47 86081.86 78210.03 75490.94 4540.63 452127.82 Tn
Metano 2.22 3.16 2.67 3.34 3.03 2.93 0.18 17.52 Tn
Óxido de
nitrógeno0.44 0.63 0.53 0.67 0.61 0.59 0.04 3.50 Tn
DescripciónEscenario 2
Unidad
Gases de
efecto
invernadero
0.00
10000.00
20000.00
30000.00
40000.00
50000.00
60000.00
70000.00
80000.00
90000.00
100000.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
CO
2
Meses
Dióxido de carbono emitido
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
CH
4
Meses
Metano emitido
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
N2O
Meses
Óxido de nitrógeno emitido
Escenario 02
Página E
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Dióxido de
carbono48324.52 68759.89 58028.19 72539.47 65906.03 63614.71 3826.30 380999.11 Tn
Metano 1.96 2.78 2.35 2.94 2.67 2.58 0.15 15.43 Tn
Óxido de
nitrógeno0.39 0.56 0.47 0.59 0.53 0.52 0.03 3.09 Tn
DescripciónEscenario 3
Unidad
Gases de
efecto
invernadero
0.00
10000.00
20000.00
30000.00
40000.00
50000.00
60000.00
70000.00
80000.00
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
CO
2
Meses
Dióxido de carbono emitido
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
CH
4
Meses
Metano emitido
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
julio/2015 agosto/2015septiembre/2015octubre/2015noviembre/2015diciembre/2015enero/2016
To
ne
lad
as
N2O
Meses
Óxido de nitrógeno emitido
Escenario 03
Página F
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Dióxido de carbono emitido
Bagazo de caña74090.73 105422.05 88968.30 111216.87 101046.55 97533.52 5866.45 584144.47 Tn CO2
Metano emitido
Bagazo de caña22.23 31.63 26.69 33.37 30.31 29.26 1.76 175.24 Tn CH4
Óxido de nitrógeno emitido
Bagazo de caña2.96 4.22 3.56 4.45 4.04 3.90 0.23 23.37 Tn N2O
Dióxido de carbono total
emitido por Bagazo de caña75529.57 107469.35 90696.07 113376.71 103008.87 99427.62 5980.38 595488.56 Tn CO2
Dióxido de carbono emitido
Fuel oil 657346.22 81596.67 68861.47 86081.86 78210.03 75490.94 4540.63 452127.82 Tn CO2
Metano emitido
Fuel oil 62.22 3.16 2.67 3.34 3.03 2.93 0.18 17.52 Tn CH4
Óxido de nitrógeno emitido
Fuel oil 60.44 0.63 0.53 0.67 0.61 0.59 0.04 3.50 Tn N2O
Dióxido de carbono total
emitido por Fuel oil 657534.27 81864.23 69087.27 86364.13 78466.48 75738.48 4555.52 453610.38 Tn CO2
Dióxido de carbono emitido
Diésel 248324.52 68759.89 58028.19 72539.47 65906.03 63614.71 3826.30 380999.11 Tn CO2
Metano emitido
Diésel 21.96 2.78 2.35 2.94 2.67 2.58 0.15 15.43 Tn CH4
Óxido de nitrógeno emitido
Diésel 20.39 0.56 0.47 0.59 0.53 0.52 0.03 3.09 Tn N2O
Dióxido de carbono total
emitido por Diésel 248490.04 68995.40 58226.94 72787.92 66131.77 63832.60 3839.41 382304.07 Tn CO2
DescripciónEmisiones mensuales
Unidad
Comparación mensual de escenarios
Página G
EscenarioDióxido de
carbonoMetano
Óxido de
nitrógenoUnidad
Escenario 1: Combustible Bagazo de caña 584144.47 175.24 23.37 Tn
Escenario 1: Combustible Fuel oil 6 452127.82 17.52 3.50 Tn
Escenario 1: Combustible Diésel 2 380999.11 15.43 3.09 Tn
Diferencia Escenario 1 - Escenario 2 129.20 1000.00 666.67 %
Diferencia Escenario 1 - Escenario 3 153.32 1136.09 757.40 %
0.00
100000.00
200000.00
300000.00
400000.00
500000.00
600000.00
Escenario 1: CombustibleBagazo de caña
Escenario 1: CombustibleFuel oil 6
Escenario 1: CombustibleDiésel 2
Tonela
das C
O2
Escenario
Dióxido de carbono emitido por escenario
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
180.00
Escenario 1: CombustibleBagazo de caña
Escenario 1: CombustibleFuel oil 6
Escenario 1: CombustibleDiésel 2
Tonela
das C
H4
Escenario
Metano emitido por escenario
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Escenario 1: CombustibleBagazo de caña
Escenario 1: CombustibleFuel oil 6
Escenario 1: CombustibleDiésel 2
Tonela
das N
2O
Escenario
Óxido de nitrógeno emitido por escenario
Comparación mensual gases de efecto invernadero
Página H
Escenario Dióxido de carbono Metano
Dióxido de carbono
equivalente de
Metano
Óxido de nitrógeno
Dióxido de carbono
equivalente de Óxido
de nitrógeno
Dióxido de carbono
totalUnidad
Combustible Bagazo de caña 584144.47 175.24 4381.08 23.37 6963.00 595488.56 Tn
Combustible Fuel oil 6 452127.82 17.52 438.11 3.50 1044.45 453610.38 Tn
Combustible Diesel 2 380999.11 15.43 385.63 3.09 919.33 382304.07 Tn
Diferencia Escenario 1 - Escenario 2 129.20 1000.00 - 666.67 - 131.28 %
Diferencia Escenario 1 - Escenario 3 153.32 1136.09 - 757.40 - 155.76 %
1.31
1.56
0.00
100000.00
200000.00
300000.00
400000.00
500000.00
600000.00
Combustible Bagazo decaña
Combustible Fuel oil 6 Combustible Diesel 2
Tonela
das C
O2
Escenario
Dióxido de carbono total emitido por escenario
Dióxido de carbono total
Página I
VariablesCombustible
Bagazo de caña
Combustible
Fuel oil 6
Combustible
Diesel 2Unidad
Cantidad de combustible 503572.82 144590.22 119574.15 Tn
Costo economico $ 0.00 $ 27,628,947.13 $ 33,670,504.54 USD $
Gas de efecto invernadero emitido 595488.56 453610.38 382304.07 Tn CO2
$ 0.00
$ 27,628,947.13
$ 33,670,504.54
0.00
100000.00
200000.00
300000.00
400000.00
500000.00
600000.00
700000.00
Combustible Bagazo decaña
Combustible Fuel oil 6 Combustible Diesel 2
$ 0.00
$ 5,000,000.00
$ 10,000,000.00
$ 15,000,000.00
$ 20,000,000.00
$ 25,000,000.00
$ 30,000,000.00
$ 35,000,000.00
$ 40,000,000.00
Tone
lada
s de
com
bust
ible
-To
nela
das
de C
O2
Escenarios
US
D $
Comparación económico - ambiental de los escenarios
Cantidad de combustible Gas de efecto invernadero emitido Costo economico
Costo económico
Página J
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Residuo obtenido 63871.32 90881.08 76696.81 95876.62 87109.09 84080.62 5057.28 503572.82 Tn
Energía eléctrica generada 12182.67 16548.38 14951.83 18392.18 16552.43 9405.53 0.00 88033.02 MWh
Energía eléctrica consumida 6452.73 9275.18 7609.80 9056.36 7949.31 4696.91 0.00 45040.30 MWh
Energía eléctrica en exceso 5729.95 7273.19 7342.02 9335.82 8603.12 4708.63 0.00 42992.73 MWh
DescripciónZafra 2015
Unidad
0.00
20000.00
40000.00
60000.00
80000.00
100000.00
120000.00
0.00
2000.00
4000.00
6000.00
8000.00
10000.00
12000.00
14000.00
16000.00
18000.00
20000.00
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016
Tonela
das
MW
h
Meses
Energía eléctrica generada vs Residuo consumido
Residuo obtenido Energía eléctrica generada
Energía eléctrica generada
Página K
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016 Total
Residuo obtenido 63871.32 90881.08 76696.81 95876.62 87109.09 84080.62 5057.28 503572.82 Tn
Dióxido de carbono emitido 74090.73 105422.05 88968.30 111216.87 101046.55 97533.52 5866.45 584144.47 Tn CO2
Metano emitido 22.23 31.63 26.69 33.37 30.31 29.26 1.76 175.24 Tn CH2
Óxido de nitrógeno emitido 2.96 4.22 3.56 4.45 4.04 3.90 0.23 23.37 Tn N2O
Dióxido de carbono total
emitido75529.57 107469.35 90696.07 113376.71 103008.87 99427.62 5980.38 595488.56 Tn CO2
Energía eléctrica generada 12182.67 16548.38 14951.83 18392.18 16552.43 9405.53 0.00 88033.02 MWh
Factor de emisión CO2 0.1644 0.1570 0.1681 0.1654 0.1638 0.0964 0.0000 0.1507 Ton CO2/MWh
Factor de emisión CH2 548.0971 523.2422 560.1929 551.2408 546.0331 321.4462 0.0000 502.3473 Ton CH4/MWh
Factor de emisión N2O 4110.7279 3924.3163 4201.4471 4134.3061 4095.2485 2410.8466 0.0000 3767.6049 Ton N2O/MWh
DescripciónZafra 2015
Unidad
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0.00
20000.00
40000.00
60000.00
80000.00
100000.00
120000.00
julio/2015 agosto/2015 septiembre/2015 octubre/2015 noviembre/2015 diciembre/2015 enero/2016
Tone
lada
s C
H4
-To
nela
das
N2O
Tone
lada
s R
esid
uo -
Tone
lada
s C
O2
Meses
Zafra 2015
Residuo obtenido Dióxido de carbono emitido Metano emitido Óxido de nitrógeno emitido
Datos generales mensuales
Página L
Descripción Total Unidad
Dióxido de carbono total emitido 595488.56 Tn CO2
Hectareas de sembrio de caña de
azucar requeridos9924.81 Ha
Hectareas de sembrio de caña de
azucar existentes23262.00 Ha
Dióxido de carbono absorbido por el
cañaveral existente1395720.00 Tn CO2
Relación absorción - emisión dioxido de
carbono2.34 -
0.00
200000.00
400000.00
600000.00
800000.00
1000000.00
1200000.00
1400000.00
1600000.00
Dióxido de carbono totalemitido
Dióxido de carbono absorbidopor el cañaveral existente
Tonela
das C
O2
Comparación CO2 emitido - CO2 absorbido
Cálculo del sumidero de dióxido de carbono