PREFACTIBILIDAD DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE LOS DESECHOS AGRÍCOLAS GENERADOS EN LA PLAZA CENTRAL DE PALOQUEMAO
RUTH MARÍA CODINA VÁQUIRO
Monografía
Asesor Andrés González Ingeniero Mecánico Msc.
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERÍA BOGOTÁ D.C. 2014
AGRADECIMIENTOS La autora quiere dar sus más sinceros agradecimientos a Claudia Molina, Directora de gestión ambiental de la plaza Paloquemao, por su disposición al brindar los datos necesarios para la realización de la presente monografía, sin los cuales no hubiese sido posible desarrollar el documento acá expuesto. A Gustavo Salas por amistad y orientación en los conceptos financieros. Y finalmente, Atilio S. Codina y Neccy Váquiro L. por su fiel apoyo a tiempo y destiempo y quienes en condición de padres sobrellevaron con cariño junto a su
hija
la
carga
de
culminar
una
etapa
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
más
en
su
vida.
CONTENIDO pag.
VII
LISTA DE ILUSTRACIONES
VIII
LISTA DE TABLAS GLOSARIO
XI
RESUMEN
XIII
INTRODUCCIÓN
XIV
1.
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
15
2.
OBJETIVOS
16
2.1.
OBJETIVO GENERAL
16
2.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
16
3.
ANÁLISIS DE LA DEMANDA
18
3.1
ANÁLISIS DE LA DEMANDA
19
3.2
ANÁLISIS DE LA OFERTA
26
3.3
PROYECCIÓN DE LA DEMANDA INSATISFECHA
33
4.
SITUACIÓN SIN PROYECTO
35
5.
ANALISIS TÉCNICO
39
5.1
REQUERIMIENTOS TÉCNICOS
40
5.2
ALTERNATIVAS TÉCNICAS
40
5.3
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO
45
5.3.1 Flujo en bloque del proceso iii
48
5.4
PROVEEDORES DE AGUA RESIDUAL
50
5.5
CAPACIDAD INSTALADA
52
5.6
LOCALIZACIÓN ÓPTIMA DEL PROYECTO
57
5.7
ASPECTOS LEGALES
59
6.
FICHA AMBIENTAL
62
7.
SITUACIÓN SOCIOECONÓMICA
63
7.1
BENEFICIOS ECONÓMICOS
63
7.1.1
El efluente
64
7.1.2
Los lodos
65
7.2
BENEFICIO SOCIAL
66
8.
PRESUPUESTO DE COSTOS DE PRODUCCIÓN
67
8.1
COSTO DE MATERIA PRIMA
68
8.2
COSTO ENERGÍA ELÉCTRICA
69
8.3
COSTOS DE MANO DE OBRA DIRECTA
70
8.4
COSTOS DE MANO DE OBRA INDIRECTA
71
8.5
COSTOS DE CONSUMO DE AGUA
72
8.7
COSTOS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE
72
8.8 COSTO EQUIPOS Y MATERIALES DE INSTALACIÓN
73
8.8 COSTO DE PUESTA EN MARCHA (VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD)
74
8.9
75
COSTO DE MANTENIMIENTO iv
9.
ANÁLISIS FINANCIERO
76
9.1
ELECTRICIDAD
77
9.2
BIOABONO
77
9.3
BIOFERTILIZANTE
77
9.3
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
79
CONCLUSIONES
81
BIBLIOGRAFIA
83 ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
ANEXOS
v
LISTA DE GRÁFICOS pag. Gráfica 1. Histórica del consumo de electricidad en paloquemao
20
Gráfica 2. Media móvil de consumo eléctrico en paloquemao
21
Gráfica 3. Pronóstico de la demanda de electricidad en la plaza paloquemao 2015-2020
22
Gráfica 5. Oferta del servicio de electricidad
28
Gráfica 6. Pronóstico de la oferta de electricidad desde julio 201430
diciembre 2020
vi
LISTA DE ILUSTRACIONES pag. Ilustraciรณn 1. Plano en corte de la planta de biogรกs.
55
Ilustraciรณn 2. Alternativas de ubicaciรณn de la planta de biogรกs
57
vii
LISTA DE TABLAS pag. Tabla 1. Consumo de electricidad en la plaza paloquemao
18
Tabla 2. Demanda de la plaza paloquemao por el método de media 21
móvil grado 2. Tabla 3. Pronóstico de la demanda de energía de enero 2015-
23
diciembre 2015 Tabla 4. Pronóstico de demanda de energía de enero 2015- octubre del 2015 con método de suavización exponencial
24
Tabla 5. Diferencia entre los pronósticos de los dos métodos usados
25
Tabla 6. Energía distribuida por CODENSA S.A. año 2011-2014 por trimestre
27
Tabla 7. Pronóstico de la oferta 2015
31
tabla 8. demanda insatisfecha de electricidad en la plaza central de 33
paloquemao 2015 Tabla 9. Residuos orgánicos generados en la plaza de paloquemao mensualmente
36
Tabla 10. Alternativas técnicas para una planta de biogás
41
Tabla 11. Composición de las aguas residuales de laboratorio 51
CROASPHARMA S.A. Tabla 12. Equipos necesarios para la planta de biogás en la plaza paloquemao
53
Tabla 13. Control de calidad del proyecto y puesta en marcha
56
Tabla 15. Aplicación del método cualitativo por punto para mejor localización
58
Tabla 16. Composición de un efluente de una reacción anaerobia
64
Tabla 17. Costo materia prima
68
Tabla 18. Costo de energía eléctrica
69
Tabla 19. Costos de mano de obra directa
70
Tabla 20. Costos de mano de obra indirecta
71
viii
Tabla 21. Costos de equipo y materiales de instalaci贸n
73
Tabla 22. Costos de puesta en marcha del proyecto
74
Tabla 23. Flujo de caja neto
78
ix
LISTA DE ANEXOS
¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
ANEXO A. Método Holt-Winters
ANEXO B. Distribución de locales de paloquemao por grupo de productos¡ERROR! MARCAD ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
ANEXO C. Flujo de caja del proyecto
ANEXO D. Análisis de sensibilidad del proyecto¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
x
GLOSARIO
CORRELACIÓN SIMPLE. Mide el grado en el que se relacionan las variables independientes y dependientes. CORRELACIÓN PARCIAL. Estima como se relaciona
la variable X con la
variable Y si Z permanece estable. MEDIA TENSIÓN. Cables que conducen la electricidad con una tensión superior a 1KV e inferior a 36KV SUAVIZACIÓN LOGARÍTMICA. Es un método estadístico que consiste en un promedio móvil ponderado que permite calcular el promedio de una serie de tiempo, asignando a las demandas recientes más ponderación que a las demandas anteriores. TASA DE DESCUENTO. Es el límite que debe superar el proyecto para obtener una ganancia, representa también la tasa de interés que se debe pagar en un crédito. El porcentaje es estimado por el departamento nacional de planeación. TIR. La tasa interna de retorno. Es la tasa de descuento en la cual el VPN es igual a cero THR. Tiempo hidráulico de Retención, es el tiempo que dura una carga hídrica dentro del reactor anaerobio, VPN. El Valor Presente Neto, es el costo del proyecto dada una proyección de utilidades del mismo en los años siguientes a la instalación de éste. EFLUENTE. Es el residuo líquido del proceso de digestión anaerobia. DIGESTATO. También llamado lodo, es el residuo sólido de la digestión anaerobia. DQO. Demanda química de oxígeno. Es la cantidad de sustancias, presentes en la muestra, que son susceptibles a ser oxidadas por medios químicos. El xi
porcentaje de degradación de estas sustancias, se usa como indicador de la eficiencia del proceso de digestión anaerobia. La carga al reactor también se puede indicar por medio éste parámetro. fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
xii
RESUMEN
En la presente monografía se realiza una prefactibilidad para analizar la viabilidad de construir un reactor anaerobio en la plaza central de Paloquemao. La gestión de residuos sólidos y su valoración en energías alternativas, se constituyen un pilar dentro de las aplicaciones de ingeniería, en virtud de mitigar las causas del creciente calentamiento global. Los esfuerzos por llevar a cabo proyectos de fuentes no convencionales de energía, son alentados por las recientes políticas ambientales nacionales, que ofrecen incentivos consignados en el estatuto tributario y ratificados por la ley 1715 del 2014. A lo largo de documento se encontrará con el análisis de oferta y demanda, técnico, y financiero, que permitieron evaluar la viabilidad del proyecto anteriormente mencionado. Los cuales prevén una TIR del 7% y un VPN de -$ 126.109.134,09 para un periodo de 6 años junto con un flujo de caja neto para 2020
igual a
$ 355.153.746,40, que en comparación con los $
1.886.400.000,00, las ganancias que actualmente recibe la plaza central de Paloquemao, debido a la conversión de sus residuos sólidos en bioabono. Teniendo en cuenta lo anterior, que la situación sin proyecto es más favorable que la con proyecto, se concluye la no viabilidad del proyecto.
x
INTRODUCCIÓN
La demanda de energía mundial está creciendo rápidamente y cerca del 88% de esta demanda es abastecida por combustibles tradicionales. Los escenarios han demostrado que las demandas de energía se aumentarán el dos o tres por ciento de las actuales y en igual magnitud, las concentraciones de gases de efecto invernadero (GEI) están creciendo y junto con los procesos de acidificación y eutrofización en general (WEILAND, 2010). El biogás es un combustible no convencional, considerado amigable con el medio ambiente y que provee una alternativa para el alumbrado eléctrico. El desarrollo del proyecto propuesto, impulsa la implementación de energías alternativas en procesos comunes de la vida citadina, promoviendo el compromiso de la comunidad local con la actual situación mundial del cambio climático. Los costos que se presentan y analizan, sólo involucran al mantenimiento y construcción de la planta generadora de biogás y electricidad, la
conexión
a
la
red
no
son
de
xiv
incumbencia
de
este
trabajo.
1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
¿Es factible el aprovechamiento de residuos sólidos orgánicos de la plaza central de Paloquemao, como energía alternativa en forma de biogás, para sustituir la energía eléctrica suministrada de forma convencional por la no convencional y ser usada en la plaza de Paloquemao, en virtud de aprovechar los beneficios tributarios que han sido recientemente impulsados por la ley 1715 del 2014?
15
2. OBJETIVOS
2.1.
OBJETIVO GENERAL
Realizar la prefactibilidad de construir un reactor anaeróbico en la plaza central de Paloquemao- Bogotá, para la producción de electricidad.
2.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
16
2.2.1 Especificar la demanda de electricidad de la plaza central de Paloquemao para un periodo de cinco años a fin de establecer la capacidad instalada del proyecto. 2.2.2 Realizar el análisis técnico del proyecto en virtud de exponer los costos a asumir por la plaza central de Paloquemao. 2.2.3
Evaluar los costos
de
la implementación del proyecto en la plaza central de Paloquemao para realizar su
respectivo análisis financiero.
17
3. ANÁLISIS DE LA DEMANDA
Se analizaron las facturas mensuales de cobro del servicio eléctrico de la plaza, disponibles por la administración. A partir de los cuales, se encuentra una demanda satisfecha no saturada. Ya que la cantidad de energía ofrecida al mercado es exactamente lo que se requiere y su demanda se puede hacer crecer mediante el uso adecuado de herramientas mercadotécnicas, como la publicidad. Debido a que en Paloquemao existen 883 locales, de los cuales 626 locales usan energía eléctrica de la empresa prestadora del servicio.
Tabla 1. Consumo de electricidad en la Plaza Paloquemao
Mes
Consumo KWh/mes
Enero
224120
Febrero
224785
Marzo
225299
Mayo
225545
Abril
225393 18
Fuente
Junio
225490
Julio
225618
Agosto
225780
Septiembre
225408
Octubre
225679
Administración Plaza Paloquemao
3.1 ANÁLISIS DE LA DEMANDA
19
En este apartado se procede a hacer un estimativo de la demanda de electricidad de la plaza de mercado de Paloquemao, con base en los próximos cinco años. Para lo cual se utilizan métodos estadísticos estandarizados en el programa de Microsoft Excel. A continuación se expone la demanda desde enero a octubre del 2014.
Gráfica 1. Histórica del consumo de electricidad en Paloquemao
Fuente Administración Paloquemao
20
De la anterior gráfica, se puede decir que la tendencia de la demanda tiene un comportamiento secular, es decir que los consumos no cambian mucho en el tiempo, sin embargo tiene picos que se pueden suavizar, para obtener una mejor correlación lineal, para lo cual se usó el método de media móvil de segundo orden.
Tabla 2. Demanda de la plaza Paloquemao por el método de media móvil grado 2. Mes
Demanda media móvil 2
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
225082,5 225242 225422 225469 225441,5 225554 225699 225594 225543,5
Fuente Autora
Gráfica 2. Media móvil de consumo eléctrico en Paloquemao 21
Fuente
Autora
Con los datos de la Tabla 2 se realiza el método estadístico de regresión lineal, para el pronóstico de la demanda del año 2015 – 2020. Con un grado de confiabilidad de 74% y coeficiente de correlación simple r = 0.86.
Gráfica 3. Pronóstico de la demanda de electricidad en la plaza Paloquemao 2015-2020
22
Fuente Autora
Tabla 3. Pron贸stico de la demanda de energ铆a de Enero 2015- Diciembre 2015
Mes
Consumo kWh
ene-15
225416,005
feb-15
225447,85
mar-15
225411,625 23
abr-15
225508,986
may-15
225694,457
jun-15
225720,534
jul-15
225490,647
ago-15
225720,000
sep-15
228904,289
oct-15
240596,278
nov-15
270990,263
dic-15
336814,394
TOTAL
2881715,328
Fuente Autora
A continuación se presentan datos pronosticados con el método de suavización para el mismo periodo de tiempo de la anterior tabla. Se compara los datos de la Tabla 3 frente a un pronóstico de suavización exponencial cuyos resultados se muestran en la Tabla 4. Al realizar la diferencia por los dos métodos, se puede ver que no es muy grande.
Tabla 4. Pronóstico de demanda de energía de Enero 2015- Octubre del 2015 con método de suavización exponencial mes
Enero
Consumo KWh/mes Ene.
Pronóstico
224980
224980
24
Febrero
225185
225000,5
Marzo
225299
225030,35
mayo
225545
225081,815
Abril
225393
225112,934
Junio
225490
225150,64
Julio
225618
225197,376
Agosto
225780
225255,639
Septiembre
225408
225270,875
Octubre
225679
225311,687
Fuente Autora
Tabla 5. Diferencia entre los pronósticos de los dos métodos usados Mes
Pronóstico Consumo
Pronóstico Consumo
Diferencia
Regresión lineal 2015
Suavización
entre
exponencial
pronósticos
ene-15
225154,806
224980,000
174,806
feb-15
225213,789
225000,500
213,289
mar-15
225272,772
225030,350
242,422
abr-15
225331,756
225081,815
249,941
Tabla 5. (continuación) 25
Mes
Fuente
Pronóstico Consumo
Pronóstico Consumo
Diferencia
Regresión lineal 2015
Suavización
entre
exponencial
pronósticos
may-15
225390,739
225112,933
277,805
jun-15
225449,722
225150,640
299,082
jul-15
225508,706
225197,376
311,329
ago-15
225567,689
225255,639
312,051
sep-15
225626,672
225270,875
355,797
oct-15
225685,656
225311,687
373,968
Autora
Cabe mencionar, que dadas las nuevas políticas de eficiencia energética, y las leyes colombianas que incentivan el uso adecuado y eficiente de energía, los cambios en el consumo eléctrico irán disminuyendo hasta una magnitud constante, baja y suficiente del bien. El pronóstico de la demanda anual de energía eléctrica con el método de regresión lineal, por los 626 locales de Paloquemao es de 2881715.3 kWh/año, este dato se tendrá encuentra para el análisis técnico.
3.2 ANÁLISIS DE LA OFERTA
26
La oferta del servicio eléctrico es ofrecida por la empresa CODENSA S.A. EPS. CODENSA es una empresa creada en 1997, que llega a 103 municipios de Cundinamarca y cubre el 100% de la demanda en Bogotá D.C., tiene 122 subestaciones con una participación en el mercado de 22%. Cuenta con 47.171 km de redes de media y baja tensión extendidas a lo largo de Bogotá. Pertenece al grupo ENDESA, la cual cuenta con una capacidad instala de 40.099 MW. Esta empresa, a su vez pertenece al grupo ENEL, que es una compañía eléctrica italiana y la segunda en Europa en capacidad instalada. Este grupo tiene presencia en 40 países y cuenta con una capacidad instalada neta de 97.000 MW (CODENSA S.A. EPS, 2014).
Tabla 6. Energía distribuida por CODENSA S.A. año 2011-2014 por trimestre Mes
Trimestre
Oferta de electricidad (GWh)
1
Septiembre/11
10125
3
Diciembre/11
13.612
6
Marzo/12
3435
10
junio/12
3430
12
Septiembre/12
10336
15
Diciembre/12
13829
18
Marzo/13
3463
21
Junio/13
6397
24
Septiembre/13
10686
27
Diciembre/13
14362
30
Marzo/14
14500 27
33
Junio/14
14508
Fuente (CODENSAS SA EPS, 2014)
A continuaci贸n se muestra el pron贸stico de la oferta el茅ctrica por CODENSA S.A. EPS.
Gr谩fica 4. Oferta del servicio de electricidad
28
Fuente
Autora
Como se puede ver en la grĂĄfica, la oferta tiene fluctuaciones cĂclicas. Por lo tanto, las proyecciones de la oferta se realizan con el modelo Holt- Winter.
29
Para aplicar el método se escogen valores de α 0.1, para dar más peso a los valores retrasados y un β 0.1, para dar más peso a las tendencias recientes. La información sobre el método y el procedimiento que se siguió para obtener los datos de la Tabla 7, los puede consultar en el Anexo A.
Gráfica 5. Pronóstico de la oferta de electricidad desde julio 2014- Diciembre 2020
30
Fuente
Autora
Tabla 7. Pron贸stico de la Oferta 2015 Mes
jun-14
E(Nivel de la serie)
11033,875
T (Nivel de la
Y (pron贸stico)
tendencia)
GWh
84,71296296 31
jul-14
11118,58796
76,24166667
11118,58796
ago-14
11194,82963
68,6175
11194,82963
sep-14
11263,44713
61,75575
11263,44713
oct-14
11325,20288
55,580175
11325,20288
nov-14
11380,78305
50,0221575
11380,78305
dic-14
11430,80521
45,01994175
11430,80521
ene-15
11475,82515
40,51794758
11475,82515
feb-15
11516,3431
36,46615282
11516,3431
mar-15
11552,80925
32,81953754
11552,80925
abr-15
11585,62879
29,53758378
11585,62879
may-15
11615,16638
26,5838254
11615,16638
T (Nivel de la
Y (pron贸stico)
tendencia)
GWh
Tabla 7. (Continuaci贸n) Mes
Fuente
E(Nivel de la serie)
jun-15
11641,7502
23,92544286
11641,7502
jul-15
11665,67564
21,53289858
11665,67564
ago-15
11687,20854
19,37960872
11687,20854
sep-15
11706,58815
17,44164785
11706,58815
oct-15
11724,0298
15,69748306
11724,0298
nov-15
11739,72728
14,12773476
11739,72728
dic-15
11753,85502
12,71496128
11753,85502
Autora 32
3.3 PROYECCIÓN DE LA DEMANDA INSATISFECHA La relación entre demanda y oferta se establece para el año 2015, ya que no se cuenta con registros anuales del consumo por lo que se ha decidido por confiabilidad, usar los datos pronosticados para este año.
Tabla 8. Demanda insatisfecha de electricidad en la plaza central de Paloquemao 2015 1000kWh=1GWh Mes
ene-15 feb-15 mar-15 abr-15 may-15 jun-15 jul-15 ago-15 sep-15 oct-15 nov-15
Demanda pronosticada kWh
Demanda pronosticada GWh
Oferta pronosticada GWh
225154,8056 225213,7889 225272,7722 225331,7556 225390,7389 225449,7222 225508,7056 225567,6889 225626,6722 225685,6556 225744,6389
225,1548056 225,2137889 225,2727722 225,3317556 225,3907389 225,4497222 225,5087056 225,5676889 225,6266722 225,6856556 225,7446389
11475,82515 11516,3431 11552,80925 11585,62879 11615,16638 11641,7502 11665,67564 11687,20854 11706,58815 11724,0298 11739,72728
Demanda insatisfecha GWh -11250,6703 -11291,1293 -11327,5365 -11360,297 -11389,7756 -11416,3005 -11440,1669 -11461,6409 -11480,9615 -11498,3441 -11513,9826
Tabla 8. (Continuación) 33
Mes
dic-15 TOTAL Fuente Autora
Demanda pronosticada kWh 225803,6222 2705750,567
Demanda pronosticada GWh 225,8036222 2705,750567
Oferta pronosticada GWh 11753,85502 139664,6073
Demanda insatisfecha GWh -11528,0514 -136958,8567
Como se puede constatar en la anterior tabla, la demanda insatisfecha anual es -136958,8567, lo que significa, que la empresa dispensadora de energía CODENSA SA. EPS puede suplir la demanda de la plaza sin ningún inconveniente, ya que cuenta con la capacidad instalad para abastecer el 100% de la demanda eléctrica en Bogotá D.C.
Dado que la construcción de una planta de biogás para competir con la oferta de empresa prestadora del servicio público, demandaría altos costos energéticos, tiempo e inversión, se tomará como base para el análisis técnico, el pronóstico de la demanda correspondiente al año 2015, ya que son datos más estables según las razones expuestas previamente.
34
4. SITUACIÓN SIN PROYECTO La plaza central de Paloquemao genera mensualmente un promedio de 262 Ton (262000 kg) de residuos orgánicos y 8 toneladas de material reciclable. Cuenta con un plan de manejo de gestión interna de residuos sólidos en el cual se hace el aprovechamiento de los materiales, tanto orgánicos como inorgánicos. Emplean 21 personas para realizar la separación, almacenamiento y molido de material orgánico (desechos de frutas, verduras y hortalizas), que es vendido a la empresa Control Ambiental de Colombia, y que luego regresan como abono, que es ofertado a $15.000/bulto. Los residuos de Comida preparada son entregados a un particular, los cuales son utilizados para alimento de animales. Y los residuos de hueso y cebo, son vendidos para la fabricación de concentrados (ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ D.C., 2010).
Con base en lo anterior, la Plaza central de Paloquemao genera 154 canastillas/semana de residuos agrícolas, cada una con un peso aproximado de 25 kg de desechos orgánicos, para un total de 3850 kg/semana (CAICEDO ROJAS & C.B., 2013).
35
En la siguiente tabla se enumeran los desechos orgánicos producidos por la plaza mensualmente.
Tabla 9. Residuos orgánicos generados en la plaza de Paloquemao mensualmente Residuo
Kg/mes
Residuo
Kg/mes
Acelga
40.5
Estrella de belén
10.0
Aguacate
37.1
Siempreviva
13.7
Ahuyama
24.4
Follaje
93.6
Ajo
6.0
Fresa
5.3
Aluminio
1.8
Frijol
73.5
Amero
278.1
Gallinaza
13.0
Apio
53.0
Granadilla
13.0
Arracacha
16.0
Guacal
4.7
Residuo
Kg/mes
Residuo
Kg/mes
Arveja
133.6
Guayaba
17.8
Berenjena
4.1
Habas
28.5
Brevas
2.8
Hierbas aromáticas
47.0
Brócoli
65.9
Hoja de lino
40.4
Calabacín
15.7
Lechuga
169.4
Calabaza
15.7
Limón
55.9
Carambolo
4.9
Mandarina
54.7
Carne podrida
9.7
Mangostino
4.1
Cáscara de coco
28.5
Manzana
21.3
Tabla 9. (Continuación)
36
Cascara de uchuva
5.3
Maracuyá
34.9
Cebolla larga
150.1
Melón
30.9
Cilandro
17.8
Mora
7.0
Ciruela
16.0
Naranjas
36.8
Colicero
37.5
Otros
218.3
Coliflor
33.1
Papa
51.2
Curuba
21.2
Papaya
43.5
Espinaca
50.3
Papel
49.4
Freijoa
6.7
Pepino
7.7
Perejil
29.0
Pétalos
18.0
Piña
21.6
Pimentón
5.6
Plátano
64.7
Rábano
24.5
Residuos restaurantes
249.7
Residuos viveros
19.3
Rosas
5.8
Sábila
7.3
Sapote
25.5
Tallos
87.7
Tomate
51.2
Uchuva
5.7
Yuca
74.5
Zanahoria
47.7
Fuente
(CAICEDO ROJAS & C.B., 2013)
Sin el proyecto, la plaza seguirá comercializando los desechos orgánicos, para producir abonos, que luego serán vendidos a los arrendatarios. La ganancia por la realización de esta actividad se expone a continuación; 37
Cantidad de bultos de abono generados = 262000 kg/mes x bulto/25 kg= 10480 bultos/mes Ganancia por los abonos mensual = 10480 bultos/mes x $15000/bulto = $ 157 200 000/ mes Ganancia anual = $157 200 000/mes x 12 mes= $1 886 400 000/anual
38
5. ANALISIS TÉCNICO
En el este capítulo se expondrán las necesidades técnicas del proyecto para ser instalado en la plaza, a través del análisis de la mejor alternativa técnica. Seleccionada principalmente por la eficiencia del proceso y el costo del equipo.
39
5.1 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS
La demanda de energía eléctrica anual, pronosticada para la plaza es de, 2881,715 GWh (2881715.33 kWh con un costo $ 1.073.755.948). La energía aportada por un metro cúbico de biogás (65% H4) equivale a la energía de 0,65 m3 de gas natural y puede llegar a producir 2,1 kW/h de energía eléctrica (INTA PRECOP). Teniendo en cuenta esta relación se estima necesario una producción de 1372245,4 m3/año de gas, para suplir la demanda anual de la plaza. 1 g de DQO produce 0.35 L metano (0.54 L de gas con un 65% de metano)
(ANGELIDAKIi & ELLEGAARD, 2003), es decir, que se necesitan
2541195,19 kg DQO/año (2541.195 Ton DQO/año) para obtener la producción de biogás que abastezca de electricidad la plaza.
5.2 ALTERNATIVAS TÉCNICAS Las alternativas que se expondrán a continuación, en lo referente al rendimiento de la metodología y equipo de digestión anaerobia, se tomaron de distintos equipos analizados en varios trabajos de investigación o papers, que se encuentran en las bases de datos.
40
Tabla 10. Alternativas técnicas para una planta de biogás Eficiencia Numero
Alternativa
remoción de la
Bibliografía
carga orgánica 1
27Cº , tres reactores tipo UASB, R1
R1 66%
(TORRES L.,
alimentado
residuales
R2 73%
Impacto de la
domésticas, R2 (95:5) y R3 (90:10) con
R3 61%
incorporación de
con
aguas
combinación de aguas domésticas
lixiviados en le
residuales y lixiviados de un relleno
arranque de
sanitario, alimentación del 50% del
reactores
volumen útil DQO 11.06 mg/l TRH 8 h.
anaerobios al tratar aguas residuales domésticas, 2010)
2
Dos
reactores
discontinuos
R1 84%
(MORALES G. &
secuenciados R1 con lecho expandido
R2 90%
MELGOZA A.,
con carbón activado granular en el
2009)
30% de su volumen, por medio de un soporte de biomasa y como mediador redox, el R2 opero como un reactor 41
con biomasa suspendida T 30ºC. Inoculación
con
lodos
activos
provenientes de una PTAR 50% del volumen útil. THR 48h 3
THR 24h continuo, la inoculación se
90%
(TORRES L.,
realizó con el lodo proveniente del as
RODRÍGUEZ,
lagunas que almacenan lixiviado de un
BARBA, MORÁN,
vertedero
& NARVÁEZ,
de
residuos
sólidos
y
lixiviado proveniente del drenaje de un
2005)
relleno sanitario, de tres años de existencia. Reactor UASB circular 4
THR 24 h, reactor UASB 3
DQO/m d.
se
inoculo
con
1.6 Kg
81%
(TORRES,
aguas
CARDOSO, &
proveniente de un reactor UASB que
ROJAS, 2004)
trabaja con aguas de la PTAR
Tabla 10. (Continuación) Eficiencia Numero
Alternativa
remoción de la carga orgánica
42
Bibliografía
municipal, se adiciono azúcar morena y urea. T 24-29ºC, adición de en el arranque del equipo 4.86 mg/l FeCl2
4
THR 24 h, reactor UASB DQO/m3d.
proveniente de un reactor UASB que
ROJAS, 2004)
aguas
con
(TORRES, CARDOSO, &
con
inoculo
81%
aguas
trabaja
Se
1.6 Kg
de
la
PTAR
municipal, se adiciono azúcar morena y urea. T 24-29ºC, adición de en el arranque del equipo 4.86 mg/l FeCl2 6
Reactor Anaerobio con biopelicula tipo batch
en
secuencia.
T
70%
(CONTRERAS,
24-26ºC,
CRUZ SILVA,
inoculado con lixiviados de rellenos
MARI M.,
sanitarios, alimentado con 4825 mg/l
DOMINGUES R.,
DQO
ZAIAT, & SCHALCH, 2014)
7
Reactor de cama fluidizada T 30ºC,
85%
(ROCHA,
alimentado con agua que de 4500 mg/l
TALLARICO A.,
DQO, el inoculo utilizados es producto
SAKAMOTO,
de un reactor UASB de digestión de
MAINTIGUER,
aguas
AMACIO
residuales
de
la
industria 43
8
porcina TRH 4h. Se usan neumáticos
VARESHE, & LUIZ
triturados para inmovilizar la materia
SILVA, 2011)
TRH 7h,
reactor UASB de doble
96%
(PEREIRA, MAC
Colección de biogás (DSBC- UASB), T
CONELL, SILVA, &
26.8 ºC, la inoculación se realizó con
CHERNICHARO,
lodos provenientes de otro reactor
2012)
UASB 9
Complejo Digestor - UASB el lodo se
37%
(ZHANG, y otros,
recircula al digestor varias veces que
2012)
Tabla 10. (Continuación) Eficiencia Numero
Alternativa
remoción de la
Bibliografía
carga orgánica opera a 35ºC, rata de circulación es 25l/d , T UASB es 15ºC, Inoculado con lodos producto un digestor operado a 35ºC en una PTAR, THR 6 h.
De las anteriores alternativas, las que representan una mejor opción dado su eficiencia son las alternativas número 3, 8, y 2 R2. La opción 8 implica el costo de dos reactores, por tanto, aunque produce con un alto rendimiento, aumenta el costo de la planta y del proceso. Las alternativas 2R2, y 3 presentan el mismo flujo de proceso que se muestra más adelante, con una 44
diferencia marcada, que es el tipo de reactor a usar. Entendiendo lo anterior, el costo del reactor determinara la escogencia de una de las opciones. Sin embargo, dado los precios de proveedores en el mercado, el suministro de estos reactores no varía mucho, y tienen igual porcentaje de rendimiento, por lo tanto, los costos y el análisis de prefactibilidad se pueden realizar para cualquiera de las dos opciones e involucrarían más o menos la misma inversión económica.
5.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO a) Transporte del agua residual El agua es transportada desde una PTAR, o fuente hídrica, hasta el reactor dentro de la plaza Paloquemao, en un carro tanque.
b) Transporte del material orgánico En los locales se depositan desechos que luego son recolectados por la misma plaza, para ser llevados a un centro de acopio, donde son vendidas como insumo para bioabonos. c) Alimentación de los insumos al reactor La carga al alimentador se hará por medio de un tubo de acero inoxidable, que está conectado a una válvula, la cual se abrirá cada 24 horas para agregar el insumo hídrico. Teniendo en cuenta el THR, expuesta en la Tabla 10, la alimentación de la materia orgánica se puede hacer manualmente una vez por semana y la carga de agua se hace directamente desde el carro tanque al tubo de alimentación de reactor. 45
d) Digestión anaerobia Se requiere un año de estabilización para iniciar el proceso. Se realizará en un reactor UASB o reactor de biomasa suspendida con capacidad volumétrica para 40 m3/ día (50% del volumen total del digestor. Dimensiones digestor H 2.82m, r= 3m), a una agitación intermitente de baja intensidad que puede ser realizada cada 2 horas en un turno de 8 h. El reactor se calentara por medio de una chaqueta de agua de 10 cm de grosor, para ingresar un volumen 5,32 m3 de agua por cada ciclo, se pronostica el uso de una bomba de 3 HP.
e) Calentamiento del agua enchaquetada El proceso de digestión anaerobia tiene que mantenerse a una temperatura mesofílica de 25ºC - 35ºC, para lo cual se debe usar un calentador por 24 h. Los requerimientos de calentamiento del reactor se pueden suplir mediante el aprovechamiento del calor residual del escape del generador.
f) Almacenamiento del gas. Será necesario proveer con un sistema de acumulación de gas para dar continuidad al suministro de gas al generador de energía eléctrica y permita mitigar los efectos de la variabilidad de la producción de biogás.
g) Alimentación al equipo generador de electricidad La distribución del gas al equipo generador es constante es decir, que no tiene válvulas, y los tubos son en acero inoxidable y se hace desde el tanque de almacenamiento. 46
h) Distribución de la electricidad. Conducción de la electricidad del generador al tablero de distribución principal.
i) infraestructura del manejo de efluente y digestato. El efluente se sacara del reactor cada día, por el tubo de salida del reactor y será recolectado en tanque de acero inoxidable (Diámetro 3.2m, H=5m), de donde será distribuido al consumidor. El digestato se sacará del reactor cada semana por la segunda tubería de salida del reactor y al igual que el efluente se pondrá en un tanque de PVC para ser luego distribuido al consumidor.
47
5.3.1. Flujo en Bloque del proceso 48
Transporte del agua residual Hasta la plaza central de Paloquemao
Alimentación de agua residual al reactor anaerobio
Alimentación de residuos orgánicos de la plaza
Agitación lenta intermitente
Reacción anaerobia
Recirculación de agua calentada
Transporte del gas hacia el purificador Almacenamiento del gas
Transporte del gas el equipo de generación Generador de electricidad 49
Conexión de la energía eléctrica generada al tablero de distribución principal Desague del efluente y digestato
5.4 PROVEEDORES DE AGUA RESIDUAL En cuanto a proveedores de agua residual, existen pocas alternativas, ya que si se evalúa la mejor opción entre las distintas posibilidades, teniendo como puntos de comparación, las distancias que debe recorrer el insumo y los costos del trayecto, deja como opción más favorable, los laboratorios CROASPHARMA S.A.S - sede Ricaurte, Bogotá DC., que se encuentran diagonal a la plaza Privada de Paloquemao.
Estos laboratorios son una fusión de dos cooperativas colombianas, llamadas; fabricación de productos farmacéuticos y veterinarios (FARMACOOP) y fabricación de productos cosméticos y farmacéuticos (COSMOEPOP) (VIDARTEPABÓN, SARRIA RUMIE, & CHÁVEZ PORRAS, 2011). La empresa cuenta con dos PTAR, una en Ricaurte (COSMEPOP) y otra en 50
Para el 2011 la empresa estaba utilizando 38.33 m 3/ día y arrojando al alcantarillado
Paloquemao (FARMACOOP).
32.67m3/día de agua, es decir, que utilizaba 5.66 m 3/día. En la Tabla 11 se muestra la composición del agua, cargada al acueducto, luego de pasar por la PTAR CROASPHAMA S.A.- Paloquemao.
Tabla 11. Composición de las aguas residuales de laboratorio CROASPHARMA S.A.
Desviación Parámetro
Unidad
Máximo
Mínimo
estándar
D.B.O5
mg O2/L
5750
111
1839,55
DQO
mg O2/L
8480
375
2648,81
Fenoles
mg/L
1,71
0,02
0,58
Grasa y aceites
mg/L
43,1
6,3
12,47
sedimentables
mg/L
10,1
0,3
3,37
SST
mg/L
183
27
58,58
Solidos
Tabla 11. (Continuación) Desviación Parámetro
Unidad
pH
Unidades
T
ºC
Máximo
51
Mínimo
estándar
7,1
5,46
0,49
22,5
18,9
1,24
Cadmio
0,01
0,01
0,00
Mercurio
mg/L
0,01
0,01
0,00
plomo
mg/L
0,10
0,00
0,03
Zinc
mg/L
0,30
0,04
0,08
Fuente (VIDARTEPABÓN, SARRIA RUMIE, & CHÁVEZ PORRAS, 2011)
5.5 CAPACIDAD INSTALADA Pronosticando la alimentación al reactor anaerobio, de acuerdo la concentración de DQO del agua residual de CROASPHARMA S.A.S, expuesta en la tabla anterior, la carga hídrica del equipo deber ser de 821 m3/día - 18566 m3/día.
Los volúmenes anteriormente mencionados son muy grandes, lo que requerirían una gran disponibilidad de superficie y capital monetario para adquirirlos, factores con los que no cuenta la plaza de Paloquemao. Por lo tanto, los equipos que se mencionan a continuación hacen alusión a las capacidades volumétricas hídricas más grandes que se ofrezcan en el mercado. Para lo cual se encuentra a un proveedor nacional que oferta, un reactor UASB que funciona con una carga de 10 LPS agua, lo que significa que en 24 horas se serviría de 864000 l/día agua. Se necesitaría más de 20 reactores de esta clase para suplir los 18566000 l/día de la demanda. Sin embargo, los proveedores de agua residual sólo pueden aportar 33 m3/ día de agua, por tanto, se busca otro equipo que tenga una carga de 0.38 LPS para completar 33 m3/día, producir una 52
cantidad eléctrica de
14,03kWh – 317,34kWh por día (6,68 m3gas/día – 151.2 m3gas/día), en un mes 420,9 kWh –
9520,2kWh y la producción anual es de 5050,8 kWh – 114242,4kWh (0.17%-3.96% de la demanda de la plaza), teniendo en cuenta la eficiencia del equipo la producción sería de 4545.72 kWh/año – 102818.16 kWh/año. La carga de residuos sólidos que se recomienda usar es el 13% de la carga hidráulica. En las experiencias de laboratorio que se han realizado con estiércol bovino se ha descubierto que entre menos contenido inicial de solidos (12%-14%), más biogás es producido (SADAKA & ENGEL, 2003).
Tabla 12. Equipos necesarios para la planta de biogás en la plaza Paloquemao Actividad
Descripción actividad
Equipo necesario
Mano de Obra necesaria.
1
2
Transporte de los residuos del
Camión para transportar 4
2
centro de acopio al reactor
ton.
Transporte del agua desde
carro tanque
1
Tubo acero inoxidable 1 ¼”.
2
CROASPHARMA a la plaza 3
Alimentación de agua residual y sólidos al reactor
4
Agitación del reactor UASB
Motor Simiens 4HP
1
5
Proceso anaeróbico
Reactor UASB
0
6
Conducción de gas hasta el
Tubería acero inoxidable
0
53
purificador 7
Purificación del gas
Equipos de purificación de
0
gases 8
Conducción del purificador hasta el motor de combustión
Tubo de acero inoxidable
0
calibre 1 ¼”
interna 9
Generador de electricidad
Motor de combustión
0
interna de 16 kW 10
Conducción de electricidad
Cable de baja tensión
0
hasta la subestación de condensa Tabla 12.(Continuación) Actividad
Descripción actividad
Equipo necesario
Mano de Obra necesaria.
11
Desagüe de digestato y
2 Válvulas de Bola
efluente
Maxichem 1 ½” 240 PSI
12
Calentamiento del reactor
1 bomba 2 HP 6000 L/h
13
Almacenamiento del gas
Tanque para
2
almacenamiento de gas 14
Almacenamiento del efluente
Tanque acero inoxidable y 54
1
bomba de 3HP 15 Fuente
Almacenamiento del agua
Tanque de D=2m, H= 2m
Autora
IIlustraci贸n 1. Plano en corte de la planta de Biog谩s.
55
1
Fuentes Autora
Tabla 13. Control de calidad del proyecto y puesta en marcha Tipo de Prueba
Equipo requerido
Frecuencia de la prueba
Verificar cantidad de gas
Medidor de gas
producido
Dos veces por día, por la mañana y tarde.
Medir cantidad de lodos
Recipiente plástico PVC
producido
con regla para medir altura
Medir cantidad de efluente
Recipiente plástico PVC
cada semana
Cada semana
con regla para medir altura Verificación de voltaje
Voltímetro
Diario
Análisis DQO
Espectrofotómetro
Diario
Análisis DBO5
Incubadora
3 /semana
Control de acidez
pHmetro
4/día
producido
Fuente Autora
56
5.6 LOCALIZACIÓN ÓPTIMA DEL PROYECTO La localización óptima se llevó a cabo por medio del método cualitativo por puntos, calificando los factores relevantes en una escala de 1-10. Los dos puntos más favorables de localización se escogieron teniendo en cuenta la distancia al centro de acopio y que no entorpecieran el desarrollo comercial de los locales cercanos a su posición. Los sitios potenciales de localización del reactor se exponen en la siguiente Ilustración
Ilustración 2. Alternativas de ubicación de la planta de biogás
57
Fuente Administraci贸n Plaza Paloquemao Tabla 14. Aplicaci贸n del m茅todo cualitativo por punto para mejor localizaci贸n A
B 58
Factor relevante
Peso
Calificaciรณn Calificaciรณn Calificaciรณn Calificaciรณn
asignado Distancia recorrida
ponderada
ponderada
0.2
7
1.4
8
1.6
0.5
3
1.5
9
4.5
0.4
8
3.2
5
2
por el carro tanque Distancias del centro de acopio Alteraciรณn de la actividad comercial de la plaza suma
1.0
6.1
8.1
Fuente Autora
De acuerdo a los resultados de la anterior tabla, la opciรณn B es la mejor opciรณn para la ubicaciรณn del proyecto.
5.7 ASPECTOS LEGALES De acuerdo al decreto 1220 de 2005, se debe tramitar una licencia ambiental emitida por el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial puesto que se hace un impacto parcialmente positivo sobre el sistema socioeconรณmico de la comunidad de la plaza Paloquemao, dada la ejecuciรณn de un proyecto de uso de energรญa alternativa para la generaciรณn de electricidad. Para la obtenciรณn de la licencia se debe realizar un plan de manejo ambiental. 59
La ley 697 de 2001, fomenta el uso de energías alternativas, para las cuales hay exenciones tributarias, contempladas en la ley 788 de 2002, exención del impuesto sobre la renta durante 15 años, por venta de energía eléctrica obtenida a partir de biomasa, viento y recursos agrícolas, sujeta a reducciones de efecto invernadero bajo el protocolo de Kyoto y a que se destine al menos el 50% de los beneficios obtenidos a obras de beneficio social. Exención de IVA a la importación de maquinaria y equipos destinados al desarrollo de proyectos, siempre y cuando sean importadores con certificados de reducciones de emisiones de carbono y que contribuyan a reducir los efectos de los gases de invernadero. La ley 1715 del 2014 incentiva la investigación en universidades y fundaciones, frente a fuentes no convencionales de energía, mediante la entrega de subvenciones y diferentes ayudas que estén a la mano del ministerio hacienda y crédito público, se fomenta la entrega de excedentes de energía a los auto generadores a pequeña escala y se crea el Fondo de energías no convencionales y gestión eficiente de la energía (FENOGE). Para quienes adelanten el desarrollo de energías alternativas, podrán reducir de su declaración de renta anual, en los próximos cinco años siguientes al año de inversión, el 50% de la inversión inicial. La importación de equipos que se destine para proyectos de energías alternativas, quedarán exentos de IVA y la tasa de depreciación de los equipos no podrá ser mayor al 20% como tasa global anual. Lo anterior aplica, para proyectos de autogeneración, autoconsumo eléctrico que puedan vender excedentes a la red eléctrica. Realizar el proyecto expuesto en este documento, permite a la plaza ser partícipe de los reconocimientos tributarios y financieros anteriormente descritos. Para ello es necesario cumplir con unos requisitos, entre los cuales se encuentra la realización de un plan de manejo ambiental del proyecto.
60
61
6. FICHA AMBIENTAL
Aspecto
Impacto ambiental
Positivo/negativo
Importancia
Generación de CO2 al quemar
Negativo
Alta
Negativo
Media
Negativo
Media
Positivo
Alta
ambiental Aire
el gas, luego de ser usado en la turbina. Paisaje
Alteración del paisaje debido a la alteración de una estructura ajena al entorno (Reactor y chimenea)
Ruido
Generación de ruido por el funcionamiento de la bomba y motor del reactor
Percepción
Creencia de que un reactor anaerobio puede contribuir al entorno económico de la plaza, además de contribuir con el desarrollo de Fuentes no convencionales de energía
Suelo
No impacto
Baja 62
Servicios
Recuperación de recurso
Positiva
Alta
Positiva
Alta
Positiva
Alta
agua, descontaminándola y convirtiéndola en electricidad, fertilizantes y bioabono Reutilización de los residuos sólidas de la plaza central de Paloquemao Economía
Generación de nuevas fuentes de ingresos a la plaza de Paloquemao
Flora
No impacto
Alta
Fauna
No impacto
Alta
Fuente Autora
7. SITUACIÓN SOCIOECONÓMICA
7.1 BENEFICIOS ECONÓMICOS La digestión anaerobia genera dos subproductos a parte del biogás. Estos son biofertilizante (El efluente) y bioabono (los lodos).
63
7.1.1 El efluente El efluente es un subproducto de la digestión anaeróbica al producir biogás. Los reactores UASB remueven materia orgánica pero no nutrientes como nitrógeno y fosforo, sin embargo es necesario mover coloides y material suspendido del efluente, para lo cual se pueden usar filtros. Los procedimientos que se han usado para desinfección incluyen generalmente irradiación de rayos ultravioleta (SUNDEFERD JUNIO, PIVELI, CUTOLO, FERREIRA FILHO, & SANTOS, 2014). En la tabla 16 se expone la concentración de un efluente, producto de la digestión anaeróbica de aguas domésticas residuales.
Tabla 15. Composición de un efluente de una reacción anaerobia Parámetro
Aguas residuales
Efluente del UASB
domésticas BOD total (mg/l)
235/219(128)
78/56(74)
COD total (mg/l)
373/374(120)
161/146(94)
SST (mg/l)
194/184(73)
74/56(40)
SSV(mg/l)
150/149(73)
53/43(46)
Turbiedad (NTU)
126/120(51)
74/74(28)
N total(mg/l)
33/32(9)
38/40(9)
N amoniacal(mg/l)
23/23(9)
29/30(8)
N Orgánico(mg/l)
7.0/5.2(5.7)
7.2/5.5(6.0)
N nitratos(mg/l)
0.001/0.002(0.01)
0.07/0.004(0.16) 64
Fosfatos Totales(mg/l)
1.4/0.9(1.3)
1.4/0.9(1.2)
Coliformes totales
1.39x109/1.30x109
1.86x108/2.40x107
Aguas residuales
Efluente del UASB
Tabla 16. (Continuación) Parámetro
domésticas E. Coli (UFC/100mL)
2.46x108/2.20x109
4.61x107/6.20x108
Temperatura
22.4/23.4 (4.0)
22.3/23.1(3.7)
pH
6.9/7.0(0.4)
6.8/6.9(0.3)
Promedio/media (desviación estándar)
Fuente (DIAS, POSSMOSER-NASCIMENTO, RODRIGUES, & SPERLING, 2014)
7.1.2 Los lodos Los lodos son subproductos de la digestión anaerobia. En el caso del proyecto, puede ser considerada como resultado de la purificación del agua residual de la empresa farmacéutica, ya que la digestión anaerobia es una técnica ampliamente usada y estudiada para ese fin. El lodo puede pasar por un proceso de prensado donde se podrá extraer en el mejor de los casos un 20% de agua, para entrar a un proceso de incineración, luego el lodo debe ser llevado por un proceso de reducción del poder de fermentación o estabilización (TREJOS VÉLEZ & AGUDELO CARDONA, 2012), para lo cual se recomienda la pasteurización. De acuerdo a las calidades fisicoquímicas que tenga el Lodo, se puede vender como alimento para animales o como Biosólidos para uso agroindustrial. En el segundo caso, este residuo de la digestión anaerobia, se puede usar como insumo para producir lombricompuesto. Para saber más de éste tema se recomienda ver la referencia Bibliográfica de Tréjos Vélez. 65
7.2 BENEFICIO SOCIAL La construcción de un reactor anaerobio en la Plaza central de Paloquemao, genera unos beneficios sociales. Dentro de los beneficios sociales se encuentra. a) Aprovechamiento de desechos de la plaza. b) Purificación de aguas residuales c) La autogeneración de insumos agrícolas. d) La utilización de energías alternativas para el autoabastecimiento energético y la generación de agroinsumos. e) Incentivar a la comunidad local al uso de energías alternativas, creando conciencia frente al calentamiento global. f) Aumento en la tecnificación de la plaza.
66
8. PRESUPUESTO DE COSTOS DE PRODUCCIÓN
67
8.1 COSTO DE MATERIA PRIMA Los residuos sólidos propuestos para ser utilizados son los residuos vegetales generados en la propia plaza, por tanto, no hay costo. La provisión de agua residual es el desecho hídrico de laboratorios CROASPHARMA S.A., Según la ley 373 de 1997 las aguas utilizadas en los distintos procesos, deben ser reutilizadas, siempre y cuando se amerite su uso, además del cumplimiento del Decreto 3930 que reglamenta la calidad de agua que se debe
entregar al alcantarillado.
Dado las
anteriores razones de ley, se considera que el costo de la materia prima será cero, ya que la empresa se puede ahorrar la inversión en el mantenimiento del sistema de purificación de agua. Sin embargo para efectos del análisis financiero se va a considerar un costo sobre este insumo. Tabla 16.Costo Materia prima Materia prima
Aguas
Consumo/día
Consumo
Consumo
Costo
Costo anual
mensual
año
mensual ($)
($)
33m3
990 m3
11 880 m3
21 957 061,5
263 484 738
742.86kg
22 285.7
267 428.6
-
-
kg
kg TOTAL
263 484 738
residuales* Material sólido
* Se considera que un costo de $22 178.85/m3 cargo en zona comercial
68
La fracción total de residuos generados por la plaza que se había recomendado era el 13% del volumen hídrico del reactor, esta cantidad es 4290 kg/semana, valor superior a los 3850 kg/ semana de residuos generados en la plaza, por lo tanto, se usará de carga en sólidos el 9.62% de la carga hídrica del reactor (3848 kg sólidos/semana). Este porcentaje corresponde al 99.9 p/p% de los 3850 kg/semana de residuos generados en la plaza de Paloquemao.
8.2 COSTO ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica comercial se cobra $375.62/kWh por CODENSA S.A. Tabla 17. Costo de energía Eléctrica Equipo
Unidad
Consumo
h/día
Consumo kWh/día
kWh/equipo Motor Siemens 4HP
1
3
4
16
Bomba de
2
2.5
24
120
1
4
24
96
TOTAL
232
recirculación Motor de combustión metano y generador 15 kW, con módulo de cogeneración
69
Consumo anual es = consumo diario x 365= 232 x 365 = 84 680kWh/año Se considera un 5% adicional de imprevistos 84 680 kW/h x 1.05= 88 914 kWh/año Cargas total por hora= 88 914 kWh/año x 1 año/ 12 meses x 1 mes/ 30 días x 1 dia/ 24h= 10,29 kWh. Demanda concentrada= 70% de la carga total 10,29 x 0.7= 7,21 kWh Cargo por mantenimiento= 25% adicional sobre la carga total Cargo por alumbrado público= 6% adicional sobre la carga total Carga total neta= 88 914 kWh x 1.25 x 1.06= 117 811,5 kWh/año Costo electricidad sector comercial = 372.61 kWh Horas por año= 24 h/día x 365 días = 8760 h Costo anual= 7,21 kW/h x 8760h/año x 372.61 $/kWh =$23 533 898,6/año
8.3 COSTOS DE MANO DE OBRA DIRECTA Tabla 18. Costos de mano de obra directa Mano de
M.O.
Turno
Sueldo
Costos a
Costo
Costo
obra
/
s/ día
por M.O.
asumir por el
mensual en
anual en
turn
empleador*
pesos
pesos
o
(32.3%)
Operarios
2
1
616 000
198 968
1 629 936
19 559 232
Conductor
1
1
616 000
198 968
814 968
9 779 616
70
TOTAL
29 338 848
* Pensión 12% del sueldo, salud el 8,5% del sueldo, Riesgo profesional 2.5%, cesantías 9.33% y parafiscales (2% SENA, 3%ICBF, 4% subsidio familiar) el 9%. De la nómina total de la empresa.
Los siguientes parafiscales se realizan sobre el 9% de la nómina total de la empresa: 2% SENA, 3%ICBF, 4% subsidio familiar.
Costo parafiscales = $29 338 848/año x 0.09= $2 640 496, 3/año Total sueldo = $31 979 344,3/año
8.4 COSTOS DE MANO DE OBRA INDIRECTA Tabla 19. Costos de mano de obra Indirecta Mano de
M.O./
Turnos/
Sueldo
obra
Turno
día
por M.O.
Costo a asumir Costo
Sueldo
por el
mensual
anual en
empleador*
en pesos
pesos
3 307 500
36 690 000
TOTAL
36 690 000
(32.3%) Ingeniero
1
1
2 500 000
807 500
encargado
71
* Pensión 12% del sueldo, salud el 8,5% del sueldo, Riesgo profesional 2.5%, cesantías 9.33% y parafiscales (2% SENA, 3%ICBF, 4% subsidio familiar) el 9%. De la nómina total de la empresa.
Los siguientes parafiscales se realizan sobre el 9% de la nómina total de la empresa: 2% SENA, 3%ICBF, 4% subsidio familiar. Costo parafiscales = $36 690 000/año x 0.09= $3 572 100/año Total sueldo = $40 262 100/año
8.5 COSTOS DE CONSUMO DE AGUA El consumo de agua por ciclo de calentamiento es de 5,32 m 3/ciclo, el ciclo de calentamiento involucra una recirculación de agua una hora, dado el caudal de 6m3/h de la bomba. Se hacen cambios de agua, 2 veces por semana. Consumo diario de agua= 5,32 m3/ciclo *0.28 día=1.48 m3/diario Consumo anual= teniendo en cuenta 5% de imprevistos= 1.48 m3/día x 365 día x 1.05= 567,21 m3/anual. Costo anual = 567.21m3/ anual x 22 178, 35 $/m3 = $ 12 579 781. 9
8.7 COSTOS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE Consumo diario de 3 galones por dos carros Consumo anual= 3 galones x 365= 1095 galones/ anual. Costo anual= 1095 galones/ anual x 9 000 $/galón= $ 9 855 000/ anual 72
8.8 COSTO EQUIPOS Y MATERIALES DE INSTALACIÓN Tabla 20. Costos de equipo y materiales de Instalación Equipo y materiales
Costo en pesos
Reactor D= 6m, H=3m
80 000 000
Equipo de generación eléctrica 16 kW Tanque almacenador del efluente D=3.2m, H= 5m Tubos de conducción 1 ¼” 200 psi
10 500 000
Válvulas 1 ¼” 200 psi
183 600
Soldadura pvc
50 000
Tanque Almacenamiento de gas
3 100 000
Purificador de gas
6 500 000
4 000 000 361 400
Tabla 21. (Continuación) Equipo y materiales
Costo en pesos
Tanque Acero Inox. Almacenamiento agua de enchaquetado H= 2 m, D= 2m TOTAL
1 500 000
104 695 000
73
8.8 COSTO DE PUESTA EN MARCHA (VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD) A continuación se muestra la adquisición de un laboratorio Tabla 21. Costos de puesta en marcha del proyecto Equipos para el mantenimiento
Costo en pesos
Ph metro
242 931
Gasómetro
216 000
Balanza analítica
1 200 000
Mufla
3 500 000
Horno laboratorio
3 000 000
Matraz 1 lt
155 172
Espectrofotómetro
5 000 000
Pipetas
21 894
Incubadora
3 000 000
Capsulas de porcelana
30 000
TOTAL
16 365 997
74
Sin embargo, para efectos prácticos es mucho mejor pagar a un laboratorio que efectúe los análisis de DQO, DBO5, SST, SSV, ya que además de la anterior inversión, debe comprar periódicamente reactivos, para efectuar los análisis ya mencionados. Para lo cual se tiene que por prueba, o análisis completo de laboratorio, se tiene un costo de $250 000 y se necesitan efectuar 3 por semana Costo de control de calidad = $250 000 X 3= $750 000/ Semana Costo anual = $39 000 000/ año
8.9 COSTO DE MANTENIMIENTO El costo por mantener estos equipos es del 4% al año de su valor de adquisición Costo de mantenimiento = $174 560 000 x 0.04= $6 982 400/ año Se debe sumar al costo anterior, el sueldo de la persona encargada de hacer la revisión técnica del equipo. Sueldo del técnico mensual= $ 1 700 000 Sueldo anual= $20 400 000/ año Mas el 30% de prestaciones = $6 120 000 Costo sueldo anual = $ 26 520 000/ año Dentro de este costo también se incluirá el costo de alquiler de los medios de transporte, lo cuales son: Alquiler promedio carro tanque = $ 6 000 000/mes 75
Alquiler de una volqueta = $ 2 000 000/mes Costo alquiler = $8 000 000/mes Costo anual= $96 000 000/anual Total costo mantenimiento = $ 129 502 400/anual
9. ANÁLISIS FINANCIERO
Las ganancias pronosticadas a partir de la implementación del proyecto son los subproductos de la reacción anaerobia y electricidad. 76
9.1. ELECTRICIDAD El pronóstico para la máxima producción de electricidad anual por el reactor es de 102818,16 kWh. El consumo de energía del proyecto es de 88914 kWh/año, por tanto la cantidad de electricidad anual que se puede ofertar a la plaza es de 13904.16 kWh/ año Beneficio año 25 328,4 kWh/año x $372.61/kWh = $ 5 180 829,1/año 9.2 BIOABONO Entendiendo que al reactor se entra el 9.62% del volumen de aguas residuales (3848 kg) en material orgánico sólido, supóngase que la producción de bioabono sería la misma cantidad de solido ingresado.
Si Paloquemao vende a los
arrendatarios, un bulto (25 kg) de bioabono a $ 15 000. Producción de lodos=3848 kg/semana x 52 semana/año = 200 096 kg/año Precio del kg= $15 000 bulto/ 25 kg= $625/ kg Beneficio al año = 200 096kg/año x $625/kg = $ 125 060 000/año.
9.3 BIOFERTILIZANTE Se agrega diariamente 40 m3 de agua residual al bioreactor, y con la misma frecuencia se hace descarga del agua en forma de biofertilizante. Suponiendo un precio $ 30.000 / m3. Producción diaria= 40m3 Producción anual = 40m3 x 365= 14600m3 /año 77
Ganancia anual= 14600m3/año x $30 000/m3 = $438 000 000/año. A continuación se presenta el flujo de caja.
La ganancia mensual es sería de $ 1788 637 699/anuales
Tabla 22. Flujo de caja neto Año
Flujo de caja neta
2014
-$
657.891.262,80
2015
$
19.606.433,70
2016
$
39.384.465,79
2017
$
105.454.273,22
2018
$
179.452.457,55
2019
$
262.330.423,99
2020
$
355.153.746,40
VPN
-$
126.109.134,09
TIR
Fuente
7%
Autora
78
El flujo de caja neto del proyecto expone una mala rentabilidad del proyecto con una TIR de 7%, sugiriendo que el proyecto puede generar ganancias y recuperar la inversión inicial en un periodo superior a 6 años. También es de mencionar que una TIR baja hace que el proyecto sea muy susceptible a contratiempos en producción o agentes exteriores.
9.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Para realizar el análisis de sensibilidad, la investigadora considero la producción de abono y fertilizante, variables críticas que pueden alterar los beneficios del proyecto, ya que son las que más beneficio económico generan. Para ello se interactuó los costos de cada uno es estos ítems, con una tasa de descuento de 11%, 9%, 7%, 4%, y 0%. Los resultados obtenidos se encuentran en el Anexo D.
Según el análisis de sensibilidad, la producción de fertilizante impacta en mayor medida la
TIR del proyecto que la
producción de bioabono, ya que su tasa de descuento no puede ser inferior al 9%, debido a que se obtendría una TIR negativa. Mientras que
si la producción de bioabono tiene una tasa de descuento anual igual a 0%, aún el proyecto
presentaría una TIR de 0%, alcanzando un estado financiero de no ganancias y no pérdidas.
79
80
CONCLUSIONES
En caso de ser construido el reactor planteado en este documento, producirá electricidad en un rango de 4545.72 kWh/año – 102818.16 kWh/año. Del rango anterior, la mayor cantidad de electricidad que se puede llegar a ofertar es de 13904,16 kWh/año, para obtener una ganancia $ 5 180 829,1 /año. Esta magnitud representa el 0.5% de la demanda anual de la plaza.
Por otro lado, el proceso anaerobio deja como resultado, dos subproductos, que pueden ser usados en agricultura ecológica, estos productos son biofertilizantes y bioabonos. Para su producción se utilizarían el 99.9% de los residuos sólidos agrícolas de la plaza. Las ganancias anuales pronosticadas para el 2020 de los dos subproductos son de $ 866.351.009,20. Sin embargo, el comercio actual de abonos le permite a la plaza generar una ganancia promedio anual de $1 886 400 000. Por tanto, las ganancias sin proyecto son mayores que las pronosticadas con proyecto.
Debido a que el proyecto es para la autogeneración de energía desde una fuente no convencional, la plaza podría reducir el 50% de la inversión inicial, del costo anual de la renta en los próximos cinco años siguientes a la inversión. Sin embargo, como la cantidad de energía producida alcanza a abastecer el 0.5% de la demanda anual de la plaza, no se puede entregar electricidad a la red para consumo de terceros, por consiguiente, la ley 1715 del 2014 no puede ser aplicada a este proyecto, y por tanto sus beneficios tampoco.
81
Frente al análisis financiero, el flujo de caja neto para un periodo de seis años es
$ 355.153.746,40, con un VPN -$
126.109.134,09 y una TIR de 7%, significando que el proyecto puede generar ganancias económicas, sin embargo, no se recuperaría la inversión inicial en un periodo de 6 años, y al tener una TIR baja, hace que el proyecto sea muy sensible a los cambios e imprevistos de la producción de subproductos y biogás.
Finalmente el análisis de sensibilidad arrojó que
el proyecto puede soportar una tasa de descuento de
0% para la
producción de bioabono adquiriendo una TIR de 0%, siempre y cuando la producción de la electricidad y fertilizante se mantengan con una tasa de crecimiento del 12%. Mientras que la tasa de descuento de la producción de biofertilizante no puede ser inferior al 9%, en virtud de obtener una TIR positiva.
Por tanto, de acuerdo a los datos Financieros y técnicos, que permitieron obtener las afirmaciones antes descritas, se concluye que el proyecto no es viable de realizar y por tanto se recomienda no continuar con el estudio de factibilidad.
82
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