Resumen - Universidad de Buenos Aires

Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería 72.99 – Trabajo Profesional de la Ingeniería Industrial Título

“Tratamiento de residuos y aprovechamiento de biogás para calefacción y generación de energía”

Integrantes: Franco Borrello Padrón Nº: 85.251 Profesor Adjunto: Gerardo Bonanno JTP: Manuel Aranda Docente: Fernando Dobrusky Fecha: Agosto 2011

Marina Florencia Solanas Padrón Nº: 85.960

72.99 Trabajo Profesional de Ingeniería Industrial Franco Borrello – Marina Solanas Agosto 2011

Contenido Introducción .................................................................................................................................. 3 Mercado de huevos y ovoproductos............................................................................................. 4 Mercado local de la Energía Eléctrica ........................................................................................... 6 Situación Actual de la Granja ........................................................................................................ 8 Análisis de las Alternativas .......................................................................................................... 11 Ingeniería del Proceso ................................................................................................................. 12 Análisis Económico - Financiero .................................................................................................. 17 Conclusiones del Trabajo ............................................................................................................ 19

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Introducción El proyecto se llevará a cabo en una empresa argentina de capitales privados cuya actividad principal es la producción y comercialización de huevos al por mayor para el mercado local. Comenzó sus actividades en el año 2005, y desde ese año ha logrado un crecimiento muy importante: elevó su plantel de 15 mil gallinas a 81 mil en 2009, y terminará el año 2011 con 100 mil gallinas. Su producción media actual es de más de 5.550 cajones de huevos mensuales (2.000.000 huevos), y su facturación anual asciende a más de 7,4 millones de pesos. El stock acumulado nunca superó los 2 ó 3 días de producción. Debido a este aumento sostenido en la producción, la escala del proceso ha crecido, y la empresa se enfrenta ahora un nuevo problema: la gestión de sus residuos. Actualmente, la granja genera más de 8 toneladas de excreta de gallina por día, y el método de disposición final de estos residuos no ha cambiado: se seca, se retira de los galpones por medio de camiones y se los lleva a otro sector del predio, donde se lo esparce a campo sin tratamiento alguno. Con las cantidades actuales, el Predio de la granja sistema actual se hace cada vez más costoso, además de traer diversos problemas entre los que se destacan: Malas condiciones de higiene en el trabajo. Proliferación de plagas como insectos y roedores, lo que ha causado en los últimos años quejas y denuncias por parte de los vecinos de la granja. Emisión de malos olores (debido a algunos componentes del residuo como nitratos y sulfatos). No se cumple con la normativa vigente de tratamiento de residuos industriales, patógenos y/o especiales. Establecimientos similares en localidades cercanas han sido desalojados debido a presiones inmobiliarias por parte de los municipios (cercanía con centros poblacionales y pérdida del valor de la tierra debido a contaminación y plagas). El objetivo del presente trabajo es el de mejorar la gestión actual de los residuos de la granja, ofreciendo una mejora tecnológica que asegure la adaptación de este proceso a la normativa vigente, reduciendo la contaminación del suelo, el aire y las napas; mejorar la imagen que la granja tiene con los vecinos y la comuna, eliminando la proliferación de plagas y olores, para asegurar la continuidad del negocio en el futuro. Además, se estudiará la alternativa de darle valor agregado al residuo, que hoy es un problema, y transformarlo en un recurso valioso para la empresa. Mediante tecnologías de tratamiento que permiten aprovechar las emisiones gaseosas y transformarlas en energía útil, se evaluará sustituir la compra de energía eléctrica de red y gas de garrafa, y autoabastecer energéticamente al establecimiento, disminuyendo sus costos.

3


Mercado de huevos y ovoproductos Las características actuales y proyecciones futuras del mercado de huevos frescos hacen coherente sostener que el negocio de la empresa en cuestión continuará en pie, al menos, durante los próximos 10 años. Esta empresa participa de la producción de huevos en granjas de postura, en donde se cumplen las etapas de cría, recría, alimentación de las gallinas en producción y la recolección de los huevos frescos. Éstos pueden ser blancos o de color. Se venden enteros, en cajones de 12 maples, es decir, de a 360 huevos. La oferta de huevos en Argentina:

Maples de huevos en el almacén de la granja

Constituida en su gran mayoría por capitales nacionales. El 50% de la producción se realiza en galpones de vieja tecnología con grandes restricciones para mantener la producción durante todo el año. Por lo general, los productores presentan informalidad tanto fiscal como sanitaria. Nuestra empresa forma parte de este segmento. El 50% restante se realiza con mayor tecnología, y con genética de calidad. Generalmente la calidad del huevo es mayor, destinándose la producción a canales minoristas, súper e hipermercados y la industria procesadora. La Demanda Interna: Argentina consumía per cápita 10% menos huevos comparándolo con otros países del mundo en 2007. Para concluir esto, se realizó una estimación mediante regresión lineal con las variables: Producción per cápita, consumo de pescado, carnes y leche per cápita, expectativa de vida al nacer y el porcentaje de población bajo el nivel de pobreza. Nuevas investigaciones desmienten los perjuicios sobre la ingesta de huevo en la dieta de las personas y revelaron nuevas ventajas para combatir enfermedades. Crecimiento del consumo en los países en desarrollo igual al 3,6% anual según publicación de Food and Fuente: Food and Agriculture Agriculture Organization of the Organization of the United Nations. 2009. United Nations en 2009. En Argentina la demanda no sólo equiparará el nivel de consumo del resto de los países, sino que éste seguirá en aumento. Actualmente, “el consumo de huevos crece más del doble de lo que se incrementa la población argentina".1

1

Jorge Nazar, presidente de CAPIA, octubre 2008.

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Con la anterior información, datos históricos y criterios de desaceleración del crecimiento de la demanda, se proyectó el consumo per cápita de huevos y ovoproductos hasta el 2020. Consumo per cápita de huevos y ovoproductos en Argentina 1998 - 2020 (u.) 260 240 220 200 180 160 140 120 100 1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010 (e)

2012 (e)

2014 (e)

2016 (e)

2018 (e)

2020 (e)

La Demanda Externa: En la última década se abrieron grandes mercados de exportación que incentivaron grandes inversiones, gracias a: Europa, África, América del Norte y casi todo el sur de Asia afectadas por la epidemia aviar, quedando únicamente América del Sur libre de la enfermedad. Desaliento de la cría en Europa hasta reducir la producción en un 70% en 2010 a través de leyes sobre Bienestar Animal. Argentina se encuentra libre de la “Enfermedad de Newcastle” y de la epidemia aviar: Posee el status ideal según la Organización Internacional de Epizootias (OIE). A partir de la devaluación, el sector en Argentina comenzó a ser más competitivo. Argentina exporta huevos con cáscara a África y ovoproductos a la Unión Europea, cuya demanda ha estado en constante crecimiento durante la última década. Producción de Ovoproductos y sus Exportaciones en Argentina 2001 - 2015 (tn.) 80.000

79.634 100%

72.395

70.000

90%

65.814 59.830

60.000

55.600

80%

54.391

70%

49.447 50.000

44.952

60%

41.855 40.000

50% 32.293 29.035

30.000

28.833

40% 30%

20.000

15.067

15.661

16.150

10.000 0

1% 2001

3% 2002

6%

11%

12%

13%

12%

8%

9%

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

10%

11%

12%

14%

16%

18%

20% 10% 0%

procesado exportado (tn)

2010 (e) 2011 (e) 2012 (e) 2013 (e) 2014 (e) 2015 (e)

procesado consumo interno total (tn)

http://www.americarne.com/noticias/buscador.php?tipo=unico&id_articulo=2419

5


El player de mayor peso en el procesamiento de ovoproductos y su posterior exportación es Ovoprot Internacional S.A., una firma de origen austríaco asociada con capitales argentinos desde el 2002. Decidió localizarse en Argentina debido a la calidad de los productos, el óptimo status sanitario y la posibilidad de crecimiento2. "Ovoprot compra todo el año, independientemente del vaivén que pueda tener el mercado interno3”. Esta empresa no realiza la crianza de gallinas, por lo que es compradora neta de producto, y tiene capacidad para procesar todo el volumen que resulte del crecimiento de la producción. La industrialización del huevo y la posterior exportación parece ser la mejor alternativa ante posibles nuevas inversiones o crecimiento del sector. Con la ventaja del tipo de cambio y la creciente demanda de huevos Argentinos en el exterior, los productores de huevos con cáscara con capacidad de exportación, encontrarán en ella una mejor opción. Conclusión: Gracias a estos dos mecanismos de escape de la producción hacia la exportación y un escenario optimista en cuanto al gran crecimiento proyectado de la demanda local, proyectamos que toda la producción de la empresa en cuestión será absorbida durante los próximos 10 años.

Mercado local de la Energía Eléctrica Se muestra que las condiciones del mercado son favorables para realizar inversiones en abastecimiento de Energía Eléctrica. Los costos proyectados de este insumo hasta el año 2021 significarán flujos positivos para la empresa en caso de desarrollar el proyecto. Oferta y Demanda de Energía Eléctrica Se ha validado en primer término la relación que existe entre la demanda de la energía eléctrica y el PBI, realizando una regresión lineal entre estas variables, obteniendo un resultado de Demanda Energía Eléctrica vs. PBI R2=0,983. Esto se explica debido a que este insumo se requiere y 8,0% utiliza para casi toda actividad 3,0% económica. A partir de esta regresión, se -2,0% han utilizado estimaciones -7,0% públicas y privadas, tanto nacionales como internacionales, -12,0% EE PBI del crecimiento del PBI en Argentina para obtener la demanda eléctrica hasta el 2021. Estas estimaciones prevén un crecimiento de la economía argentina entorno al 6,5% en el año 2011,

2 3

Entrevista a Santiago Perea Amadeo, Director de Ovoprot Internacional S.A., agosto 2006. Fabián Walker, gerente industrial de Ovoprot Internacional S.A., enero de 2007.

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tendiendo a un 4,5% para el mediano plazo. El crecimiento de la economía mundial en los próximos 10 años está previsto en el orden del 4% anual 4. Precios de la Energía Eléctrica Teniendo en cuenta los diferentes tipos de generación existentes y sus costos, se ha proyectado el precio Spot de la energía eléctrica, es decir el precio pagado a las generadoras, considerando que: El cubrimiento de la demanda se realiza mediante centrales de Base (hidroeléctricas, nucleares) de bajo costo variable, y centrales de Pico (térmicas) de alto costo variable. Los excedentes de demanda se cubren con importación, de altísimo costo debido a que se compran a precios internacionales. La evolución del precio Spot de la energía eléctrica tiene una estrecha relación con la demanda cubierta por generación térmica e importación (regresión lineal con R2=0,825). Se ha calculado la generación necesaria de térmica e importación restándole a la demanda proyectada, los proyectos (tanto en marcha como planificados) de centrales nucleares e hidroeléctricas. Estas obras son planificadas y ejecutadas con plazos de hasta 10 años debido a su magnitud. El precio monómico estacional de la energía, es decir el que efectivamente pagan los consumidores, es más bajo que el Spot, debido a los subsidios al consumo aplicados por el Estado. En un marco de creciente gasto público y superávit fiscal y comercial cada vez más estrechos, hemos considerado, como hipótesis pesimista, que el Estado continuará cubriendo el mismo porcentaje del costo de generación que en el presente (68% del precio Spot). Bajo esta hipótesis, las variaciones del precio Spot de ahora en más se verán en parte reflejados en el monómico estacional.

Precios Monómico y Estacional 400

100,0%

350 80,0% 300

250

60,0%

200 40,0%

150

100 20,0% 50

0

0,0%

Precio Spot [$/kWh]

Precio Estacional [$/kWh]

Cubrimiento del Precio [%]

Conclusión: Las condiciones del mercado son favorables para realizar inversiones en el abastecimiento de Energía Eléctrica. Se estimaron los precios que deberá pagar la empresa por KWh consumido en su proceso productivo hasta el año 2021. Estos generarán los flujos de fondos positivos que deberán tenerse en cuenta para realizar la viabilidad económico-financiera del proyecto.

4

World Economic Outlook, FMI, mayo de 2011.

7


Situación Actual de la Granja El predio tiene 11 hectáreas, de las cuales 4 son ocupadas por 8 galpones para producción del tipo feed lot con 90 mil gallinas ponedoras (100 mil a fin de 2011), una sala de recría (gallinas de entre 0 y 6 semanas) y un galpón de recría (gallinas entre 6 y 14 semanas). Cada gallina ponedora (de más de 14 semanas) pone un huevo por día, el 75% de los días. La granja cuenta en cada uno de los galpones con 2 pisos de jaulas, dispuestas piramidalmente. Dentro de los principales insumos de la granja, encontramos: Alimentos de las gallinas Agua Energía eléctrica Gas para calefacción Cal para el secado del guano

Un galpón de producción en la granja. – Mayo de 2010.

Alimento de las gallinas Composición del alimento de las gallinas Otros < 1%

Harina de Carne 4%

Conchillas 10%

Pellets de Girasol 7%

Expeller de Soja 20%

Maíz 59%

1. Molienda: El maíz, la soja y el girasol deben pasar por un proceso de molienda. 2. Mezcla: Luego se agrega el resto de los componentes y se mezclan. 3. Transporte: Al silo fuera del molino, por medio de tornillos sin fin. 4. Carga: a un camión que lo transporta hasta el silo del galpón correspondiente. 5. Silos de galpones: desde cada silo se cargan los llenadores, los que a su vez llenan los comederos.

Esquema del Proceso del Alimento para las Gallinas

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Agua Es de pozo y no recibe ningún tratamiento. Se almacena en un tanque principal y se transporta de forma subterránea a los tanques de cada galpón. El llenado del tanque principal es la única parte del proceso que requiere energía eléctrica, para las bombas. En caso de cortes en el suministro, se debe recurrir a los bomberos para que efectúen al menos 3 cargas del tanque por día, debido a que las gallinas se mueren rápidamente si no reciben agua en 24 hs. Este problema se acentúa en verano, cuando aumenta el consumo de agua. Energía Eléctrica Además del llenado del tanque, y el procesado del alimento, la granja utiliza el suministro de energía eléctrica para: Ventilación de algunos galpones Iluminación de los galpones (estímulo para el aumento de la producción y al ciclo de maduración de las aves) Iluminación en oficina, almacén y predio Recolección de huevos en galpón automatizado. Detalle de los consumos de energía eléctrica a marzo 2011: Consumo Molino Mezcladora Alimentadores (de mezcladora) Transportadores (balanza) Transportadores (silos de alimentos) Chimangos (carga en los silos) Chimangos (descarga de los silos) Transportadores (galpones) Ventiladores (galpones) Línea de recogida automatizada Lámparas Sala Administración Total

Cantidad

Potencia (KW)

Total (KW)

Total Kwh/día

1 1 2 1 2 2 2 8 12 1 670 1

22 13 2,2 1,5 1,5 3,7 2,2 0,75 0,75 3,3 0,04 1

22 13 4,4 1,5 3 7,4 4,4 6 9 3,3 26,8 1

66 6,5 2,2 0,75 3 7,4 4,4 6 27 39,6 107,2 9 279,05

El consumo de la granja se encuentra entre los 7.500 y 8.500 KWh/mes, según sus facturas, por un monto entre $3000 y $4000. En octubre de 2010 se compró un equipo electrógeno, para reemplazar a la red en caso de cortes de suministro y existan inconvenientes para que los bomberos acudan a llenar el tanque. El valor de este equipo fue de USD 5.000. Gas de garrafa Se utiliza para la calefacción de la sala de recría y los edificios administrativos. El tanque es de 1760 kg se llena cada 2 meses en promedio.

Tanque de gas en la granja. – Mayo de 2010.

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Cal Se utiliza en la gestión actual de los residuos, ya que ayuda a que se formen picos con el guano, secándolo. Así, se reduce el olor y se mata la mayor parte de las larvas de moscas. El problema de las moscas, roedores y otras plagas son los principales problemas que causa el guano de las gallinas. Esto afecta a los trabajadores y a las comunidades cercanas. Con la cal sólo se logra controlar pero no erradicar este problema.

Picos de guano en un galpón. – Mayo de 2010.

Guano Las gallinas producen en promedio 90 gramos de guano por día, lo que equivale a 9 toneladas con 100 mil gallinas en producción. La actual gestión de este residuo consta de las etapas: 1. Arrojado de cal: Los galponeros la esparcen entre 1 y 2 veces por semana. Se compran entre 5 y 6 toneladas de cal por mes. El precio es de $1000 la tonelada. 2. Recolección con carretillas y colocado en el camión: Se contratan entre 35 y 50 camiones. Se ocupan 4 días de trabajo por galpón cada 10 días, dependiendo de la capacidad del camión. Está incluido el servicio de paleo del guano con cada camión. 3. Transporte: con el camión a la zona del predio destinada al guano. Se observa que este proceso de tratamiento y gestión de residuos no cumple con algunos artículos que establecen la Resolución 614/1997 y 542/2010 del SENASA. En cuanto a las leyes de tratamiento y disposición final de residuos en la Provincia de Buenos Aires, según expertos en el tema “nos encontramos en un vacío legal respecto de cómo considerar este tipo de residuos agrícolas”. El mismo puede ser tomado como industrial, patogénico o especial, y por ende puede ser encuadrado en diferentes legislaciones. Sin embargo, el residuo no tratado no cumple con la normativa, más allá del tipo que sea considerado. En todos los casos no respeta los máximos tolerables ni los métodos de tratamiento y disposición final. La gestión actual de residuos está causando los inconvenientes mencionados en la presente introducción, los cuales están generando preocupaciones a los gerentes y socios de la empresa. Ellos desean solucionar este aspecto inmediatamente, y son conscientes de que se deberán realizar inversiones para garantizar el futuro del negocio. Conclusión: Siendo la gestión actual de los residuos el principal problema que podemos destacar de las operaciones de la empresa, se agrega la fuerte dependencia de la energía eléctrica de los procesos de molienda del alimento y el suministro de agua a las gallinas y del gas de garrafa en el caso del proceso de recría.

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Análisis de las Alternativas Para dar solución a los problemas en los que se hizo foco, se estudiaron las alternativas posibles, analizando el Estado del Arte del sector agropecuario tanto en la Argentina como en el exterior, y consultando bibliografía y expertos en el tema. El método usual de gestión de residuos en todo el sector avícola en la Argentina es muy similar al de la granja en estudio. En el exterior existen métodos modernos y poco costosos para el tratamiento del guano que no han sido difundidos aun en el país. Las alternativas desarrolladas fueron: 1. Tercerización del sistema de tratamiento y disposición final: Una empresa se hace cargo de la gestión integral de los residuos. Puede ser tanto en estado sólido o líquido. No se utiliza en la Argentina debido a altos costos y pocos controles. 2. Laguna aeróbica o de estabilización: Construcción de un estanque aislado donde se tratan los residuos naturalmente. Alternativa simple, pero tiene costos de inversión y palia los problemas ambientales sólo parcialmente. 3. Biodigestor anaeróbico: Consiste en un reactor del tipo “laguna cubierta” dentro del cual se trata la materia orgánica mediante un proceso microbiológico, en ausencia de oxígeno. Es la alternativa más moderna y costosa, pero se eliminan los problemas ambientales totalmente, además de obtener un beneficio aprovechando el biogás obtenido como combustible.

Análisis de Alternativas - Resumen

Alternativa Inversión Necesaria [USD] Costos [USD/año] ¿Cumple Normativa? Ventajas

1

2

3

0

40.000

120.000

116.000

0

6.500

SI

SI

SI

Disposición final fuera del Bajo costo operativo establecimiento

Bajo costo operativo

No se requiere inversión inicial

Se eliminan plagas, patógenos y olores

Se eliminan plagas y patógenos

Generación de electricidad y gas "Imagen verde" como ventaja competitiva

Desventajas

Altísimos costos operativos

Importantes costos de inversión Emisión de olores

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Altos costos de inversión


Luego de desarrollar todas las alternativas posibles, se realizó un cuadro de decisión (ponderación de factores) teniendo en cuenta las soluciones, costos y ahorros que cada alternativa provee a la granja. Cuadro de Decisión de Alternativas

Atributo

Ponderación

1

2

3

Contaminación Suelos/Agua

60%

5

3

5

Contaminación Aire

40%

5

1

4

5,0

2,2

4,6

Sub-Total Ambiente Inversión Necesaria

30%

0

-2

-5

Costos de mantenimiento

40%

-5

-1

-2

Sustitución de Energía

30%

0

0

5

Sub-Total Costos

-2,0

-1,0

-0,8

Puntuación Total

3,0

1,2

3,8

Conclusión: Se optó finalmente por la tercera alternativa. La misma cumple todos los requerimientos ambientales, soluciona los problemas políticos, sociales y legales, y la inversión necesaria y los costos son aceptables. Se desarrollará la tecnología a utilizar para esta tercera alternativa y se evaluará económica y financieramente tanto la alternativa 1 como dos variantes de la 3.

Ingeniería del Proceso La tecnología a utilizar para la tercera alternativa seleccionada, consta principalmente de un reactor anaeróbico llamado biodigestor, dentro del cual, mediante un proceso bacteriológico, se transforma la materia prima, denominada sustrato, en un gas pobre aprovechable energéticamente, llamado biogás, y un efluente líquido con materia orgánica estabilizada, denominado digestato. Esquema del Proceso de Producción de Biogás y Aprovechamiento Energético en la granja

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El proceso de digestión anaeróbica consta de las siguientes etapas: Transporte, almacenamiento y pre-tratamiento del sustrato La selección y los criterios de transporte y almacenamiento tienen en cuenta variables del sustrato como la viscosidad, la cantidad y tipo de sólidos que contiene y los caudales a ingresar. En este caso se ha optado por su transporte en estado sólido hasta una cámara de pre-tratamiento cercana al biodigestor, debido a la facilidad de manipuleo. Se retirará diariamente el contenido de un galpón, por lo que la cantidad de residuos transportado será la de 8 días de postura (9 toneladas diarias). Dentro de la cámara se mezcla el sustrato con agua obtenida de pozo mediante una bomba. Esto se realiza con el fin de obtener una relación sólidos / agua óptima para su transporte y favorecer el contacto anaeróbico (entre sustrato y bacterias) dentro del biodigestor. La cámara se ha dimensionado con una capacidad almacenamiento de 5 días como buffer del proceso y previendo el volumen a almacenar durante la parada por mantenimiento de uno de los biodigestores. Cada biodigestor se alimentará diariamente con esta mezcla mediante una bomba. Digestión anaeróbica Se ha elegido un proceso anaeróbico continuo de 1 etapa (2 biodigestores), con fermentación húmeda. Los reactores serán del tipo “fosa cubierta con lámina plástica”. Para su dimensionamiento se han tenido en cuenta variables operativas clave del proceso, como el tiempo de retención y la velocidad de carga orgánica. Estas dos variables se relacionan entre sí y con la cantidad y tipo de sustrato disponible, además de con otras variables como la temperatura de trabajo. Se ha decidido trabajar a temperatura ambiente (18°C, debido a la aislación lograda por el suelo) y el tiempo de retención será de 50 días. El volumen de los reactores suma 1774 m3.

Vista de las instalaciones que componen una planta de Biogás.

Salida, acondicionamiento y almacenamiento del biogás El almacenamiento del biogás se realiza dentro del reactor, el cual puede estirar y retraer su membrana plástica. La misma funciona casi a presión atmosférica (+35 mbar), por lo que no existe riesgo de explosiones. Las cañerías de conducción de biogás son instaladas sobre el suelo.

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Debido a que el biogás obtenido contiene diferentes impurezas, antes de la utilización del mismo se deben realizar los tratamientos de deshumidificación, mediante una trampa de vapor, y un filtro metálico de remoción de H2S. El fabricante del motor asegura el correcto flujo de entrada de biogás así también como el control de las variables de entrada del mismo al generador. Salida y disposición final del digestato

Aberturas en la lámina plástica y sistema de tuberías elevado en planta de biogás

Por medio de una bomba, se extrae la misma cantidad de digestato como sustrato se ha ingresado al reactor, asegurando el tiempo de retención o permanencia del sustrato dentro del biodigestor. Se lo almacena en una laguna descubierta, aislada del suelo por medio de una membrana de PVC similar a la utilizada para el reactor. Luego es regado al predio por medio de una bomba estercolera y un regador.

Laguna descubierta con aislamiento

Para todos los componentes de la instalación, la obra civil será realizada con mano de obra local, mientras que la planta de biogás con todos sus componentes será provista por un proveedor con experiencia en el campo de las plantas de biogás.

Aprovechamiento del biogás. Motor generador Se escogió para la instalación del sistema de generación eléctrica a un proveedor con más de 1.200 motores generadores a biogás instalados alrededor del mundo. A pesar de que existen alternativas más baratas, se escogió ésta debido a la simplicidad y fiabilidad, por lo que la granja no deberá invertir tiempo ni recursos en la instalación del sistema. La fiabilidad es muy importante ya que proveerá a toda la granja de la electricidad para sus operaciones. El motor escogido es de 64 Kw y está sobredimensionado en un 28% previendo futuras ampliaciones. Esta empresa ofrece el sistema bajo la modalidad “llave en mano”, encargándose de todo el proceso de diseño, instalación, puesta en marcha, capacitación y plan de mantenimiento del sistema. El motor generador es montado dentro de un contenedor con todos sus dispositivos instalados, por lo que no requiere obra civil alguna. La instalación se conecta a la red interna, y mediante un interruptor se deja la alimentación de red externa como back-up.

14

72.99 Trabajo Profesional de Ingeniería Industrial Franco Borrello – Marina Solanas Agosto 2011 Resumen Dimensionamiento

Descripción

Unidad

Gallinas

unidades

Materia prima para carga (MPC)

90.000

100.000

8.100

9.000

días

50

50

m3

1.596

1.774

2

2

kg/día

Tiempo de retención Volumen requerido fosa del biodigestor Cantidad biodigestores

Cantidad proyectada

Cantidad

unidades 3

Volumen de Biogás producido

m /día

648

720

Cantidad de gasómetros

unidad

2

2

Volumen gasómetro / lámina expandida

m

3

600

700

Volumen cámara de carga

m3

160

177

Volumen fosas lagunas de lodos

m3

958

1.064

Biogás pobre - Biogás bueno Cant. Proy. Cant. Proy. Cantidad de biogás a utilizar para demanda

m3/día

41

31

Biogás requerido para generación de energía eléctrica

m3/día

648

639

Sobrante biogás

m /día

31

50

3

Control y seguridad Las variables que se controlarán para asegurar el buen funcionamiento del proceso son la temperatura y el pH dentro del reactor y el motor, el volumen y la composición del biogás producido y el caudal de entrada de sustratos. Los dispositivos de control se conectan a una terminal de computadora para su monitoreo constante. Los dispositivos de seguridad de la instalación son: Válvula de seguridad del biodigestor (escape de biogás por presión) Trampa de llama en el biodigestor Antorcha Sensor de vacío dentro del motor Todos los dispositivos mencionados son provistos por los fabricantes. La puesta en marcha de la planta se realiza en aproximadamente 90 días. El plan de mantenimiento no requiere un alto costo ni complejidad técnica. Sus principales tareas serán realizadas por los galponeros de la granja en el caso de la planta de biogás, mientras que las hará el Ingeniero en el caso del generador. No se requerirá personal adicional.

15


Distribución en planta y vista aérea de la nueva instalación:

7. 8. 9. 10. 11. 12.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Sistema de riego del digestato Antorcha de seguridad Cañerías de biogás a calefacción Cañerías de entrada al biodigestor Líneas de transmisión eléctrica Calle de tierra

16

Cámara de mezcla y almacenamiento Biodigestores Laguna de disposición del digestato Motor generador Tablero eléctrico Espacio para futuras ampliaciones

Franco Borrello – Marina Solanas

Análisis Económico - Financiero Se estudiaron tres alternativas para hacer frente al principal problema de los residuos y, eventualmente, la autosuficiencia energética y de gas de garrafa. Respecto del análisis de las alternativas, las mismas serán la número 1 y dos variantes de la 3. Para evaluarlas, se calculó el VAN de cada una, valiéndonos de los costos, inversiones e ingresos generados marginalmente en cada caso durante la vida del proyecto (10 años) y algunas hipótesis. La tasa de descuento se calculó con el modelo CAPM. El valor hallado fue de 12,64%. Alternativa 1: Tercerización del Tratamiento de los Residuos Esta alternativa no involucra ningún tipo de inversión, pero no elimina ninguno de los costos actuales, agregando el del servicio de tratamiento. Los ingresos se ven modificados únicamente por el pago de un menor impuesto a las ganancias, debido al impacto de mayores costos. VAN resultante: USD -415.229. Alternativa 2: Planta de Biogás sin Generación de Energía Los nuevos costos corresponden al mantenimiento de la planta a instalar y un mayor consumo de electricidad debido a las bombas en el proceso de biodigestión. Los nuevos ahorros o ingresos serán los del gas de garrafa y la cal. Este caso involucra la inversión en la nueva planta. Se incluye también el impacto de estos nuevos costos, ahorros y de las nuevas amortizaciones en el impuesto a las ganancias. VAN resultante: USD 60.017. Se descarta la primera alternativa. Alternativa 3: Planta de Biogás con Motor Generador A diferencia de la alternativa anterior, se agrega: La inversión en el motor, el correspondiente escudo impositivo gracias a estas amortizaciones, el costo de su envío, mayores costos de mantenimiento, el ahorro de la energía eléctrica de la red, los ingresos por la venta del equipo electrógeno que los socios habían adquirido y menor escudo impositivo por las amortizaciones que ya no serán devengadas. VAN resultante: USD 78.203. Se descarta la segunda alternativa. TIR = 27%. TER = 18,5%. Período de repago = 3,8 años. Flujo de Fondos: Concepto \ Año Inversión - proveedores Inversión - generador Obra civil Venta Equipo Electrógeno IG Venta Equipo Electrógeno Ahorro Gas Garrafa Ahorro Cal Costo mantenimiento Ahorro EE Ahorro IG (por amortizaciones) IG (resto)

2011 -60.000 -60.000 -2.353 4.000 0

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2.657 33.218 -6.497 13.487 5.950 -15.003

2.951 33.218 -6.497 14.976 5.950 -15.627

3.228 33.218 -6.497 16.383 5.950 -16.216

3.486 33.218 -6.497 17.691 5.950 -16.764

3.367 33.218 -6.497 17.087 6.230 -16.511

3.645 33.218 -6.497 18.501 2.100 -17.104

3.935 33.218 -6.497 19.971 2.100 -17.720

4.237 33.218 -6.497 21.501 2.100 -18.360

4.550 33.218 -6.497 23.091 2.100 -19.027

4.876 33.218 -6.497 24.746 2.100 -19.720

FF VAN (USD) TIR TER

-118.353 33.812 78.203 27,25% 18,50%

34.971

36.066

37.083

36.894

33.864

35.008

36.198

37.436

38.723

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Franco Borrello – Marina Solanas Análisis de Sensibilidad Respecto del VAN, se descubrió que las variables críticas son: la cotización del dólar, el valor de la cal y, en menor medida, la inversión en el proyecto y el ahorro en energía eléctrica. VAN 160.000 140.000

120.000 Dólar

100.000

Inversión - proveedores 80.000

Ahorro Gas Garrafa Ahorro Cal

60.000

Costo Mantenimiento

Ahorro EE

40.000 20.000 0

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

Variación Porcentual Variables

40%

Medidas de control sobre las variables críticas de variación más probable: Cotización del dólar: se podría sugerir a los socios comprar futuros de esta moneda. Consideramos también importante realizar la inversión cuanto antes, para evitar el riesgo de variación de la cotización del dólar a un valor mayor y obtener así una menor rentabilidad Inversión – proveedores: contratar a los proveedores mencionados y establecer algún tipo de sistema de garantías, para que no surjan nuevas inversiones o retrasos imprevistos sobre la marcha. Conclusión: Recomendamos entonces a los socios llevar a cabo el proyecto de la planta de biogás con motor generador de energía, y reemplazar el gas de garrafa con el biogás para calefacción, controlando las variables críticas de las formas sugeridas.

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Conclusiones del Trabajo Mediante el estudio del mercado objetivo de la empresa en cuestión, se demostró que se generarán ingresos suficientes en los próximos 10 años como para hacer viable la inversión necesaria para el proyecto. Se comprendió la actual gestión de la granja mediante el estudio de sus procesos característicos. Aquí se detectó la importancia de alinear la gestión de residuos a la legislación vigente: de endurecerse el control de esta normativa, existen serios riesgos de que el establecimiento sea clausurado. Además, se detectó la dependencia del negocio de los suministros de gas de garrafa y energía eléctrica. Para cuantificar el impacto de estos insumos en el futuro, se estudió la variación del precio de la energía eléctrica, y se vio que el impacto será aún mayor en el mediano plazo. Fueron analizadas varias soluciones alternativas a la problemática detectada. Seleccionando la mejor mediante la consideración de su costo – beneficio, se desarrolló tecnológicamente la construcción de una planta de biodigestión anaeróbica de los residuos. Se comprobó además que el guano generado por las gallinas es suficiente para sustituir por completo el consumo de energía eléctrica y gas de garrafa, gracias a la producción del biogás mediante el nuevo proceso de tratamiento. En el análisis económico - financiero se evaluó la tercerización del tratamiento de los residuos y la construcción de una planta de biogás sin y con motor generador. Esta última alternativa resultó ser la más rentable: esto quiere decir, que además de eliminar los riesgos y los problemas detectados, crece el valor de mercado de la empresa. Pero las ventajas son aún mayores: con el proyecto de inversión propuesto, el establecimiento tiene la oportunidad de crear valor sustentable, impactando positivamente en varios aspectos:

Económico: Además del aumento del Valor de la Empresa y de disminuir los riesgos, se obtienen beneficios competitivos, al contar con mejores prácticas productivas, muy valoradas hoy en día por los clientes y a las autoridades gubernamentales. Contribuye con la distribución de la riqueza generando puestos de trabajo calificado en áreas rurales, y ayuda a

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Franco Borrello – Marina Solanas diversificar la matriz energética en tiempos de incertidumbre respecto de las fuentes convencionales. Social: La población se ve beneficiada gracias a la eliminación de olores, plagas y posibles enfermedades. Ayuda a generar puestos de trabajo y fuentes de energía en comunidades rurales y aisladas. Ambiental: Reduce el impacto de la actividad humana en el suelo, aire y agua de las napas freáticas y mejora las condiciones de salud animal en establecimientos de cría intensiva. Además, se evitan emisiones de gases de efecto invernadero, debido a la sustitución de las fuentes de energía primaria. Al contribuir conjuntamente y de manera activa en el mejoramiento social, económico y ambiental, este proyecto tiene en cuenta el importante rol de la Responsabilidad Social empresaria como motor de cambio. Los socios del establecimiento ya están evaluando la realización del proyecto y en este momento buscan las herramientas de financiamiento necesarias para llevarlo a cabo. Existen en la actualidad líneas de créditos blandos (subsidiados por el Estado) para empresas que inviertan en compra, instalación y montaje de bienes de capital, a tasas muy favorables. En caso de adjudicar el crédito, el inicio de la construcción estaría previsto para los últimos meses de 2011.

Datos de los Autores Nombre: Franco BORRELLO F. Nacimiento: 20/11/1984 E-Mail: [email protected] Ocupación Laboral últimos 2 años: Business Developer, IMPSA Energy (2011-Pte.) Planning Analyst, Tenaris (2010-2011)

Nombre: Marina F. SOLANAS F. Nacimiento: 23/09/1985 E-Mail: [email protected] Ocupación Laboral últimos 2 años: Analista Comercial, Energy Consulting Services (2011-Pte.) Marketing Analyst, Tenaris (2009-2011)

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