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Revista Tecnicaña No. 21, marzo de 2009 ISSN 0123 – 0409 JUNTA DIRECTIVA 2008-2010

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Contenido

Presidente Camilo H. Isaacs Echeverri Cenicaña Vicepresidente Jaime D. Gaviria Medina Asesor Principales Jairo Girón Romero Ingenio Providencia S.A Leopoldo Sluga Rengifo Manuelita S.A Gustavo Barona Torres Riopaila Castilla S.A. Santiago Durán Castro Cultivador de caña Jaime Vidal Garcés Ingenio Providencia S.A Jairo Nova Vargas Incauca S.A Suplentes Gustavo Medina Vargas Ingenio Mayagüez S.A Martha L. Montoya Angulo Manuelita S.A. Camilo García Álvarez Asesor Guillermo Ramírez Chávez Riopaila Castilla S.A Miguel O. Flórez Restrepo Ingenio Risaralda S.A Fernando Pérez Sanjuán Incauca S.A

Presentación

Pág. 3

Notas informativas VIII Congreso de Tecnicaña 2009

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Orden al Mérito Industrial para Riopaila Castilla S.A.

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Artículos técnicos Reflexiones acerca de los biocombustibles

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Potencial del proceso de pirólisis como alternativa para la valorización de los residuos de cosecha en el sector azucarero colombiano

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Ventajas del aprovechamiento del residuo para quema y producción de vapor

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Eficiencia energética enfocada al medio ambiente en el Ingenio Providencia S.A.

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Nutrición líquida de la caña de azúcar con vinurea

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DIRECTORA EJECUTIVA Claudia Susana Vivas Herrera Tecnicaña COMITÉ EDITORIAL Camilo H. Isaacs Echeverri Claudia Susana Vivas Herrera Guillermo Ramírez Chávez Jaime Vidal Garcés Martha Lucía Montoya Angulo Victoria Carrillo Camacho CORRECCIÓN DE ESTILO Alberto Ramírez Pérez Editeca DISEÑO, DIAGRAMACIÓN Margarita Carvajal Vinasco MARCA. Servicio de Ideas. PREPRENSA, IMPRESIÓN Impresora Feriva S.A.

Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar Calle 58 norte No. 3BN-110. Cali, Colombia Tel. (57) (2) 665 4123 ó 665 3252 Fax: (57) (2) 664 5985 tecnicana@tecnicana.org www.tecnicana.org

La Revista Tecnicaña es un medio de divulgación de información técnica de actualidad en temáticas relacionadas con el cultivo de la caña de azúcar y sus industrias derivadas, donde se publican artículos técnicos acerca de investigaciones realizadas en Colombia y otros países, artículos de revisión y artículos de reflexión, además de informes sobre las actividades de la Asociación. Está dirigida a los profesionales de la agroindustria vinculados con la producción agrícola y la producción industrial de azúcar, etanol, energía y abonos compostados, principalmente. Recibe contribuciones de los asociados y otras personas interesadas, quienes pueden remitir sus propuestas en cualquier momento para consideración del Comité Editorial. Para más información acerca de las pautas editoriales y otros asuntos relacionados con la publicación de artículos y publicidad en la Revista Tecnicaña, por favor contáctenos.

Los textos y avisos publicados en la revista son responsabilidad de cada autor.


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Los combustibles obtenidos a partir de la biomasa se pueden constituir en un factor de gran importancia para mitigar los efectos de los cambios climáticos en el futuro. Está demostrado que los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural contribuyen de manera acelerada al calentamiento del planeta y constituyen un riesgo múltiple para la agricultura y otras actividades humanas. Según los expertos, las reservas de combustibles fósiles sólo durarán 50 años más, lo que nos lleva a reflexionar sobre la apremiante necesidad de crear nuevas fuentes energéticas que sustituyan eficientemente los recursos naturales que suministran nuestro consumo actual de energia. Las diferentes opciones tecnológicas de producir combustible a partir de la biomasa, ya sea por combustión, destilación, gasificación, fermentación y pirólisis, evidencian que no existe una única respuesta cuando hablamos de soluciones factibles para abordar la problemática del cambio climático y para fomentar el uso general de la biomasa. Esta edición busca con todos sus temas dar una mirada a cómo desde el punto de vista climático, es fundamental generar proyectos a partir de la biomasa, sus múltiples usos, beneficios y fomentar el uso general de la energía a partir de ella. Los actuales proyectos y avances de la industria azucarera del país se orientan hacia esos objetivos. Los ingenios tienen programas ambientales y trabajos que muestran la rehabilitación de tierras degradadas con elementos sustitutivos y diversos programas que buscan el progreso de la región.

Claudia Susana Vivas H. Directora ejecutiva de TECNICAÑA <csvivas@tecnicana.org>

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Presentación

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Notas Informativas

VIII Congreso Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar Santiago de Cali, 16, 17 y 18 de septiembre de 2009

La Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar, TECNICAÑA, lo invita a participar en el VIII Congreso de la Asociación y a contribuir con la presentación de ponencias que promuevan la innovación tecnológica en el sector agroindustrial de la caña de azúcar. • La fecha límite de recepción de las ponencias es el 15 de abril de 2009. • El autor principal o los coautores serán responsables de la presentación de los trabajos respectivos. No se aceptarán trabajos presentados por terceras personas o delegados. • El programa incluye dos días de precongreso, tres días de congreso, muestra comercial y planes turísticos. • Las inscripciones para participar en el Congreso estarán abiertas a partir del 1 de mayo de 2009.

Programación Precongreso: 14 y 15 de septiembre

Congreso: 16, 17 y 18 de septiembre

Durante los dos días de precongreso se realizarán visitas al centro de investigación y a algunos ingenios azucareros donde se presentarán aspectos de interés en agronomía y procesos industriales. Al momento de la inscripción se debe escoger la opción de visita.

Durante tres días se presentarán simultáneamente conferencias en salas temáticas y conferencias plenarias.

Día 1, lunes 14 de septiembre , opciones de visita: • Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia (Cenicaña). • Planta de producción de etanol carburante y planta de producción de compost.

Áreas temáticas del Congreso: • Campo y cosecha • Procesos industriales • Administración y gerencia Temas de las conferencias plenarias: • Mercado internacional de azúcar y el etanol • Cambio climático y su impacto en la agricultura

Día 2, martes 15 de septiembre, opciones de visita: • Tecnologías de riego de la caña de azúcar y cosecha y transporte de caña. • Planta de producción de azúcar: procesos de clarificación, refinación y cogeneración de energía.

• Situación actual de los biocombustibles y su proyección en Colombia • Realidad política en Colombia y política agraria • Responsabilidad social empresarial • Producción y medio ambiente


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Muestra comercial: 16, 17 y 18 de septiembre

Valor de la inversión Las inscripciones se recibirán a partir del 1 de mayo de 2009. Los precios a continuación estarán vigentes para las inscripciones que se realicen hasta el lunes 31 de agosto de 2009. Las inscripciones recibidas a partir del martes 1 de septiembre de 2009 tendrán un recargo de 20% con respecto a los precios aquí indicados.

Las casas comerciales y otras entidades que trabajan en colaboración con la agroindustria de la caña azúcar tendrán un espacio de exposiciones para la presentación de sus productos y servicios. Contáctenos para información.

Pre-congreso: Afiliado a Tecnicaña: $150,000.oo + IVA No afiliado: $200,000.oo + IVA Participante extranjero: US $130.oo

Día de turismo: 19 de septiembre El sábado 19 de septiembre, durante todo el día y como una actividad independiente del Congreso, se realizará una visita a la zona cafetera en el departamento del Quindío para conocer la región y el Parque del Café. El programa se llevará a cabo siempre y cuando se cuente con un mínimo de 14 personas registradas.

Congreso: Participantes Afiliado a Tecnicaña: $350,000.oo + IVA No afiliado: $400,000.oo + IVA Participante extranjero: US $300.oo Ponentes de trabajos Afiliado a Tecnicaña: $220,000.oo + IVA No afiliado: $260,000.oo + IVA Participante extranjero: US $250.oo

Comité organizador • Claudia S. Vivas Herrera, Directora Ejecutiva de Tecnicaña <csvivas@tecnicana.com> • Camilo H. Isaacs Echeverri, Presidente Junta Directiva <chisaacs@cenicana.org> • Jaime Vidal Garcés, miembro Junta Directiva <jvidal@ingprovidencia.com> • Camilo García Álvarez, miembro Junta Directiva <camgarcia@hotmail.com>

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Nota: Los estudiantes vinculados con las empresas participantes que se encuentren desarrollando su trabajo de grado o pasantía tendrán un descuento de 50% en el precio de inscripción.

Día de turismo: Precio único: US $ 80.oo Incluye transporte, almuerzo, refrigerios y tiquetes de ingreso.

Informes e inscripciones Tecnicaña Calle 58 norte No.3BN-110 (Cali – Colombia) Teléfono: (57-2) 665 4123 ó 665 3252 - Fax: (57-2) 664 5985 <tecnicana@tecnicana.org> <www.tecnicana.org>


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Orden al Mérito Industrial para Riopaila Castilla S.A. Como un reconocimiento a los 80 años de contribución al desarrollo económico y social de la industria colombiana, y especialmente, al Valle del Cauca, el Presidente de la República, Álvaro Uribe Vélez, otorgó a Riopaila Castilla S.A. la Orden al Mérito Industrial, en la Categoría de Gran Oficial. La entrega se hizo en acto especial realizado en el Palacio de Nariño, el pasado 16 de enero. Don Álvaro H. Caicedo, accionista de la empresa, recibió la distinción en compañía de la Junta Directiva. En el acto, el Presidente Uribe afirmó: “… plausible la tarea empresarial de todos ustedes, que han mantenido siempre en ascenso la empresa a lo largo de estos ochenta años… Iniciativa privada con responsabilidad social”. Desde su creación, por don Hernando Caicedo Caicedo, el 24 de septiembre de 1928, la empresa se proyectó como baluarte de la industria vallecaucana. Hoy Riopaila Castilla tiene ventas por valor de 429 mil millones de pesos y compra bienes y contrata servicios por 386 mil millones de pesos al año, que se inyectan a la economía de dieciséis municipios en los departamentos del Valle del Cauca y Cauca. En una extensión de 41,488 hectáreas, contratadas con 437 propietarios de la región, la empresa se abastece de su principal materia prima, la caña de azúcar. En acto especial realizado en el Palacio de Nariño, el presidente de la República, doctor Alvaro Uribe Vélez, entregó a don Alvaro H. Caicedo la Orden al Mérito Industrial, en la categoría de Gran Oficial. También asistieron al acto el Ministro de la Protección Social, Diego Palacio Betancourt, y el ex ministro de Agricultura Andrés Felipe Arias.


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A este grupo de proveedores, la empresa les presta servicios de asistencia técnica, transferencia de tecnología y maquinaria agrícola e insumos. Riopaila Castilla es, además, un importante generador de divisas. En 2007, realizó exportaciones por valor de 75 millones de dólares. En la entrega de la Orden al Mérito Industrial, Don Álvaro H. Caicedo, hijo del fundador, manifestó: “En Riopaila Castilla proporcionamos 1300 empleos de calidad, la mayoría de los cuales ostentan una antigüedad superior a los 25 años y el 90% de ellos posee casa propia. Adicionalmente ofrecemos 5300 plazas de trabajo directo y generamos un poco más de 20,000 empleos indirectos. Financiamos inversiones de carácter social por $3500 millones cada año, que se canalizan principalmente a través de la Fundación Caicedo González, cuyo trabajo se centra en la tarea de mitigar, a través de múltiples mecanismos educativos, la erosión del tejido social en las comunidades que son objeto de su atención”. En el campo de la gestión social, la actividad de la empresa, realizada por la Fundación Caicedo González, la primera fundación empresarial del Valle del Cauca, llega a más de 15,000 beneficiarios–trabajadores, contratistas, familias y comunidades con programas en las líneas de educación, emprendimiento empresarial y vivienda, que movilizaron el año pasado más de 10.000 millones de pesos en recursos propios y de cofinanciación.

Riopaila Castilla provee la educación de más de mil hijos de trabajadores y de corteros de caña en planteles educativos construidos y operados por la Fundación (en La Paila, en San Antonio de los Caballeros y en Florida), con un modelo pedagógico orientado a la formación de competencias laborales que les permitan acceder a emprendimientos independientes o proseguir con

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carreras técnicas más avanzadas, en convenios con el SENA y algunas universidades públicas y privadas. En el empeño de estimular la creación de proyectos independientes para dilatar el horizonte productivo de las comunidades aledañas a la empresa se han atendido más de 7000 microempresarios con diversos programas de apoyo y asesoría.

El presidente de la República Dr. Alvaro Uribe Vélez, otorgó a Riopaila Castilla S.A. la Orden al Merito Industrial, en la Categoría de Gran Oficial. La distinción la recibió Don Alvaro H. Caicedo hijo del fundador.


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Artículos Técnicos

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Reflexiones acerca de los biocombustibles Luis Ernesto Mejía Castro*

Es indudable que los altos precios internacionales del petróleo han influido para que la euforia alrededor de los biocombustibles tenga hoy en día su máximo nivel. El mundo, o por lo menos en parte de él, se están buscando combustibles alternativos a las dificultades actuales por efecto del precio y futuras por efecto de la oferta que presentan los combustibles fósiles como elemento principal de la canasta energética. El hecho que los biocombustibles provengan de materias primas renovables, que su obtención no obedezca exactamente a caprichos de la naturaleza y que de alguna manera todos los países puedan disponer en mayor o menor medida de ellos, les concede cierto carácter estratégico dentro de sus opciones energéticas. Brasil para el caso de etanol y Alemania para el biodiesel, son los países que han dado mayor impulso a esta nueva industria, en el caso del primero las experiencias y trabajos con biocombustibles llevan más de 40 años. Por su parte, Colombia inicia su desarrollo con gran actividad a partir de la sanción presidencial de las leyes 693 de 2001 y 939 de 2004. A diferencia de lo ocurrido en otros países, la expedición de la Ley 693 de 2001 no fue motivada por el precio de los combustibles fósiles, ya que en esa época el crudo estaba alrededor de US$20 por barril. Los fundamentos de la Ley fueron: (1) auspiciar el hallazgo de alternativas para la disminución de la dependencia energética colombiana en los combustibles fósiles; (2) encontrar una fuente alternativa de diversificación en el uso de los cultivos existentes de caña de azúcar y procurar expandir la frontera agrícola, con el ánimo de crear nuevas fuentes de empleo y desarrollo rural y (3) encontrar alternativas de combustibles que permitan estabilizar o reducir las emisiones de gases con efecto invernadero. Es importante mencionar estos elementos, pues parece que los analistas olvidan fácilmente los objetivos de las políticas que se persiguen al expedir una ley y terminan juzgando los resultando de las mismas con criterios que no tienen en consideración las bases fundamentales de su expedición.

* Ex-ministro de minas y energía de Colombia. Documento recibido en septiembre de 2008.


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Los combustibles perfectos La verdad es que no existe el combustible perfecto, todos ellos tienen ventajas y desventajas y lo que se debe buscar es el mejor equilibrio que ofrezca cada una de las alternativas. Precisamente este es uno de los elementos que algunos analistas tratan de profundizar y a través de ellos atacan o elogian las diferentes propuestas. El combustible fósil tiene entre sus ventajas el ser reconocido y utilizado durante más de 100 años, lo que le otorga un cúmulo de oportunidades relacionadas con la investigación y desarrollo tecnológico a su alrededor, sus características energéticas y por su puesto toda la infraestructura y logística existente en el mundo para su uso. No obstante, es un combustible proveniente de una fuente natural no-renovable, es el mayor responsable de la generación de gases efecto invernadero y además ha estado presente como detonante de los conflictos humanos más complejos de los últimos años. Los biocombustibles, por su parte, provienen de fuentes renovables; su aporte a la emisión de gases efecto invernadero es practicantes neutro, en la medida en que el ciclo completo tiene emisiones y absorciones que terminan siendo casi que equivalentes; su producción no tiene que ser exclusiva de quienes han sido de alguna manera beneficiados por la naturaleza y su desarrollo definitivamente contribuye en mayor medida a la generación del empleo rural no calificado y potencializa el desarrollo

de los sectores agroindustriales que aportan un mayor valor agregado a la economía. Sin embargo tienen algunas desventajas, como es el caso del etanol que presenta una capacidad energética inferior a la gasolina y consecuentemente reduce la eficiencia de los motores, a pesar de que mejora la calidad de la combustión por su mejor índice de octanos. Además, se corre el riesgo de que en algunos países se tomen decisiones que van en contravía de la eficiencia energética o que se sacrifiquen fronteras ambientales o incluso la seguridad alimentaria. Existen otras formas de combustibles con algunas ventajas que están siendo desarrollados, pero actualmente no existe la posibilidad ni la alternativa tecnológica para replicarlos en serie, es el caso del hidrógeno, que seguramente será, en el futuro, una fuente definitiva, pero su actual desarrollo impide su uso masivo, como quiera que económicamente no es viable y además su ecuación energética es aún deficitaria.

Los análisis extremos Dentro de este contexto asistimos, desafortunadamente, a una manifestación pública que analiza el tema desde extremos difícilmente reconciliables. Algunos se expresan sobre los biocombustibles como la panacea del nuevo siglo y el remplazo de los combustibles fósiles y otros lo denominan el demonio del siglo XXI, algunos, incluso, califican su utilización como ‘crimen de lesa humanidad’. Ninguno tiene razón y la verdad es que falta un análisis más reposado del tema, poniendo las cosas en su verdadera dimensión.

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Los biocombustibles no tiene la posibilidad por sí mismos de remplazar el 100% de los combustibles fósiles. El volumen de utilización del petróleo en la canasta energética es absolutamente enorme y su reemplazo debe ser el resultado de la aplicación de múltiples alternativas, partiendo de la demanda que implica conceptos de eficiencia energética en el diseño de motores, uso masivo de transporte público y precios adecuados. Por otra parte el deseo no debe ser superior a la realidad, de manera que no se deben tomar medidas apresuradas para aumentar la utilización de biocombustibles, desconociendo la necesidad de trabajar primero en el parque automotor y en la logística de distribución y comercialización. Las mezclas superiores a 10% sin contar con un trabajo serio de preparación no deberían ser promovidas, ya que los riesgos son mayores que los beneficios. Es claro que una mayor mezcla puede ser deseable, pero no es cuestión de ordenarlo sin antes tener en cuenta su alto costo y la necesidad de generar los incentivos para que ocurran los cambios orientados hacia la utilización de esas mezclas. Otro aspecto que tampoco es absolutamente cierto es aquel que sostiene que los biocombustibles son responsables de las hambrunas y los altos precios de los alimentos. Quienes sostienen esta teoría son facilistas y lo hacen desde tribunas políticas efectistas con base en suposiciones sin mayores elementos. Qué fácil es decir que no tienen corazón quienes utilizan el campo para alimentar motores habiendo tanto estómago para alimentar.


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La verdad es que en el mundo se está utilizando menos del 3% del área total disponible para la producción de alimentos como recurso para producir materias primas con destino a los biocombustibles, por tanto, no resulta razonable que esta área sea responsable de lo que ha ocurrido recientemente con el tema de los precios de los alimentos. Sin embargo, se debe reconocer la necesidad de hacer un análisis más profundo de la utilización de materias primas como el maíz en la producción de biocombustibles: Aunque este cultivo es fundamental en la cadena alimentaria tanto del ser humano como de todos los seres vivos, su eficiencia energética aún no está clara ya que la energía producida por el etanol de maíz es prácticamente la usada en su fabricación lo que muestra una ecuación energética casi neutra, sobre todo existiendo alternativas mucho más eficientes como es el uso de la caña de azúcar. La regulación de la producción de biocombustibles debe, en consecuencia, buscar el mejor equilibrio energético en el uso de materias primas y la protección de las fronteras medioambientales, teniendo en cuenta la introducción gradual de su utilización para evitar los riesgos en la seguridad que implican el uso de las mezclas más altas sin una preparación adecuada del mercado.

¿Y los precios de los alimentos? Al igual que ocurre con casi todas las cosas que suceden en el complejo mundo del mercado global, la razón del encarecimiento de los alimentos

no es una sola, son muchas, y aunque los biocombustibles se encuentran entre éstas, la verdad es que no son los más representativos. La primera razón es de mercado propiamente dicho. La demanda de alimentos, especialmente de proteína, ha aumentado en razón del incremento de la riqueza en países como China donde el consumo per cápita anual de proteína de origen animal ha pasado de 35 a 50 kg, lo que ha elevado los precios tanto de las proteínas como de su cadena de costos de producción a niveles muy altos. La segunda razón es de tipo especulativo y está relacionada con las decisiones de inversionistas de instituciones privadas que ante la debilidad reciente del dólar han movilizado sus capitales hacia los alimentos y los comodities, siendo ésta una muy fuerte razón para los incrementos a todo nivel de metales, energéticos y alimentos. Estos inversionistas juegan con precios altos de este tipo de bienes, procurando mantenerlos en ese nivel o incluso elevarlos, de manera que sus inversiones tengan rendimientos positivos. Esta situación se observó recientemente cuando la Reserva Federal tomó medidas tendientes a fortalecer el dólar ―por primera vez en muchos meses el euro se ubicó por debajo de US$1.50― lo que ocasionó de nuevo una movilización de inversiones hacia esta moneda mostrando, a su vez, disminuciones dramáticas de los comodities como el maíz, por ejemplo, cuyo precio se redujo cerca de 19% y el petróleo en más de 20%. Aún no se conoce una reducción de la producción de biocombustibles y por el contrario

están en marcha en EE.UU. más de 40 nuevas destilerías. Sería interesante observar cómo analizan esta situación quienes culpan a los biocombustibles por los altos precios de los alimentos. La tercera razón tiene que ver con la estructura de costos y está atada a los precios del crudo, como quiera que más del 40% de los costos de cultivo (combustibles, llantas, lubricantes, fertilizantes y plásticos, entre otros) están atados al petróleo y se trasladan a los alimentos en proporción a su participación. Finalmente, es claro que parte del 3% de área que hoy se destina a producir materias primas para biocombustibles está reemplazando la producción de alimentos, por lo que evidentemente genera una menor oferta de los mismos y por tanto incide en el precio final.

Beneficios para Colombia Colombia, al igual que Brasil, tiene en América Latina las mejores condiciones para producir biocombustibles. La principal es el conocimiento y la tradición en la producción de materias primas adecuadas como la caña de azúcar y la palma de aceite. En el caso de la caña, Colombia tiene más de 100 años de experiencias y registra, además, los más altos niveles de productividad, por encima, incluso, de Brasil. La infraestructura disponible en los ingenios azucareros del occidente colombiano es de primer nivel y la generación de conocimientos en todas las áreas relacionadas con esta agroindustria, incluyendo la sucroquímica, es muy importante. Igualmente en el centro oriente del


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país existe tradición en la producción de caña panelera, cultivo del cual dependen muchas familias. Además, existen áreas extensas como los Llanos Orientales que son susceptibles de ser desarrolladas mediante la tecnificación de las agroindustrias azucarera y aceitera, siendo posible establecer más de 3 millones de hectáreas de estos cultivos sin intervenir un sólo centímetro cuadrado de bosques ni competir con áreas destinadas a la producción de alimentos. Estas posibilidades de desarrollo y generación de empleo signifi-

can la construcción de infraestructura, lo que acercaría a la Colombia tradicional todas estas áreas, que no han sido tenidas en cuenta como motor de desarrollo económico. Colombia tiene una ubicación geográfica envidiable y está más cerca que muchos otros competidores a los mercados principales, además, la posibilidad de la aprobación del tratado de libre comercio con EE.UU. y los acuerdos de comercio ya firmados garantizan la entrada en condiciones excepcionales de estos productos.

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Los biocombustibles provienen de fuentes renovables y su aporte a la emisión de gases efecto invernadero es practicantes neutro, en la medida en que el ciclo completo tiene emisiones y absorciones que terminan siendo casi que equivalentes.

Conclusiones • Colombia ha tomado las decisiones correctas buscando entrar definitivamente a una de las alternativas que necesita el mundo con miras a la sostenibilidad energética. La producción de biocombustibles se convierte en una extraordinaria fuente de desarrollo económico, empleo, integración y desarrollo social. Se tienen áreas suficientes para cultivo, parte del conocimiento y existe en el mundo financiero interés por desarrollar estas alternativas. • La producción de biocombustibles no es el único elemento que se requiere para superar las dificultades energéticas futuras, es sólo uno de los elementos que unido a otras posibilidades tanto de oferta como de demanda deben ser implementados para reducir las dificultades que se prevén por efecto de la dependencia actual en el uso de los combustibles fósiles. • El desarrollo de esta nueva industria debe respetar la utilización de las materias primas más eficientes en términos energéticos y observar un cuidado especial para no traspasar las fronteras del medio ambiente. • El mercado local de biocombustibles no debe ser forzado sin antes tomar las medidas necesarias que garanticen su éxito, esto significa que antes de pensar en aumentar el porcentaje de mezclas se debe mejorar el parque automotor y preparar la red de distribución y comercialización para evitar riesgos de seguridad. • La producción nacional debe atender el mercado local con sus posibilidades técnicas actuales y debe estar preparada para atender competitivamente los mercados internacionales, haciendo uso de las alternativas que ofrecen los acuerdos de comercio y las ventajas competitivas del país. • Los análisis del desarrollo de esta industria y las decisiones gubernamentales alrededor del mismo deberían observar las motivaciones que tuvo el Congreso de la República para expedir su normatividad y de esa manera tener juicios más coherentes y justos, buscando disminuir la polarización innecesaria e inconveniente alrededor de un proyecto que para Colombia reviste toda la importancia y es esperanza de desarrollo para regiones que hasta ahora han sido olvidadas y para otras que han tenido que sufrir por la falta de alternativas alrededor de los cultivos que más conocen.


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Potencial del proceso de pirólisis como alternativa para la valorización de los residuos de cosecha en el sector azucarero colombiano Edgar F. Castillo M.*

Características generales de los residuos de cosecha de la caña de azúcar. En Colombia, como en los demás países azucareros, se viene observando con mucho interés el uso del residuo agrícola de la cosecha de la caña de azúcar (RAC) como biomasa para aprovechamiento energético debido a su poder calorífico (PC hoja = 4021,6 kcal/kg aproximadamente). Una de las opciones tecnológicas disponibles para este propósito, se denomina Pirólisis, que consiste en un calentamiento severo en ausencia de aire. La etapa preliminar antes de comenzar con el proceso de Pirólisis, comprende la limpieza de los RAC, operación que se puede realizar por separación neumática en seco y continúa con el proceso de picado. De este modo los RAC deben reducir la humedad por debajo del 10% y disminuir el tamaño de partícula a niveles admisibles por el pirolizador. Con respecto a las características de los RAC (cogollo, hojas verdes y hojas secas), Ripoli (1991) determinó el poder calórico de los diferentes componentes del residuo de caña natural (Cuadro 1). Eiland y Clayton (1984) encontraron los valores que aparecen en el Cuadro 2, cuando realizaron análisis próximo y último de los residuos de cosecha y bagazo de caña de azúcar. En el Cuadro 3 se observa el potencial calórico de los RAC, de acuerdo con su origen (Carvajal 2006).

Cuadro 1. Análisis elemental y poder calórico de los residuos de caña. Parámetro

Cogollo

Hojas Verdes

Hojas Secas

Carbono (%)

42.11

43.41

41.76

Hidrógeno (%)

6.25

6.38

6.26

Humedad (%)

76.79

66.21

8.81

P.C. Superior (Kcal/Kg)

4318.7

4400.6

4439.0

P.C. Inferior (Kcal/Kg)

3981.4

4095.6

4001.4

P.C. = Poder calorífico

* Director Programa de Fábrica, Cenicaña, <efcastillo@cenicana.org> Documento recibido en diciembre de 2008


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Cuadro 2. Resultados de análisis Próximo y Último de los residuos de cosecha caña de azúcar. Análisis Próximo Residuo

Bagazo

Parámetro

Fresco (%)

Seco (%)

Fresco (%)

Seco (%)

Humedad

65.8

0

59.2

0

Volatilidad

25.2

73.4

35.6

87.3

Ceniza

2.6

7.5

0.3

0.8

Fijación Carbono

6.4

19.1

4.9

11.9

Total

100

100

100

100

KJ/Kg

6521

19069

7925

19423

Análisis Último Parámetro

Residuo seco (%)

Bagazo seco (%)

Carbono

47.60

49.90

Hidrógeno

5.60

5.80

Oxigeno y Nitrógeno

38.55

43.33

Azufre

0.70

0.17

Ceniza

7.55

0.80

Total

100

100

Cuadro 3. Composición y valores del poder calorífico de la hoja verde, hoja seca y cogollo. Material

Humedad Inicial (%)

Humedad Residual

Materia Volátil

Ceniza (%)

Carbón Fijo (%)

P. Calorif. Btu/Lb

Azufre (%)

Cogollo

78.61

6.04

71.21

7.13

15.62

7704.90

0.20

Hoja Verde

65.70

6.22

66.88

9.75

17.11

7285.46

0.26

Hoja Seca

11.97

5.94

68.57

1.59

13.90

7233.50

0.22

El proceso de pirólisis La pirólisis consiste en la descomposición físico-química de la materia orgánica bajo la acción del calor y en ausencia de un medio oxidante; es un proceso térmico de conversión en el que se utiliza un material con alto contenido de carbono para producir compuestos más densos y con mayor poder calorífico, que pueden ser empleados como combustibles directamente o luego de un tratamiento posterior. Los productos de la pirólisis son gases, líquidos y un residuo carbonoso, cuyas cantida-

des relativas dependen de las propiedades de la biomasa a tratar y de los parámetros de operación del equipo. En los últimos años la pirólisis se viene utilizando para la obtención de combustibles líquidos y productos químicos a partir del carbón y residuos orgánicos. Una técnica para generar biocombustibles líquidos consiste en realizar una pirólisis rápida de biomasa, con la cual se producen bioaceites, que luego de etapas posteriores de refinado, puede generar compuestos con propiedades simi-

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lares a las de los combustibles fósiles, tales como el diesel o la gasolina. La pirólisis rápida de biomasa empezó a estudiarse a finales de 1970 y a principios de la década de los 80’s, en la Universidad de Western Notario (Canadá), donde obtuvieron etileno y polipropileno mediante pirólisis de madera utilizando un reactor de flujo ascendente; posteriormente este proyecto dio origen a la formación de la compañía Ensyn. En 1980 GTRI en USA, inició un proyecto en el que se empleó un reactor de tubos rotatorios con partículas en movimiento, el cual obtuvo rendimientos de bioaceite del 28 % p/p. En 1984 el Laboratorio de Energía Renovable de USA “NREL”, incursionó en el empleo de catalizadores durante la pirólisis, buscando mejorar la calidad de los aceites producidos; de esta forma, desarrolló un pirolizador catalítico tipo vórtex a escala piloto, empleando zeolitas como catalizador, para producir combustibles líquidos como gasolina, BTX y fracciones fenólicas. En la década de los 80’s, laboratorios y universidades de Europa y Norte América desarrollaron tecnologías para la producción de aceites pirolíticos, cuyo principal objetivo fue lograr incrementos en el rendimiento de la pirólisis en términos de la cantidad de bio-aceite producido; dentro de estos Centros se encuentran los siguientes: Pyrovac, que empleó presiones reducidas del orden de los 15 kPa y temperaturas alrededor de los 450 °C para obtener rendimientos de hasta 47 % p/p; La Universidad de Twente, en Holanda, desarrolló un reactor cónico rotativo, en el cual


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las partículas de biomasa chocaban tangencialmente con las paredes del pirolizador, lográndose una “pirólisis abrasiva” con rendimientos de 60 %p/p; Dynamotive, en Canadá, trabajó con reactores de lecho fluidizado para obtención de aceites aplicables para refinación y control de emisiones de SOx y NOx en plantas de combustión de carbón; de igual forma se realizaron estudios a escala piloto en Bélgica, Gran Bretaña, USA, y Suiza, principalmente, con adelantos en uso de catalizadores en reactores de lecho fluidizado, en los que se procesó biomasa con flujos desde 1 hasta 2000 kg/h, en reactores de lecho empacado, lecho fluidizado y tipo vórtex abrasivo, principalmente. Actualmente, es de gran impor tancia práctica el proceso de pirólisis rápida, el cual es un proceso de descomposición térmica que se produce a temperaturas moderadas con una alta velocidad de transferencia de calor a la biomasa y un corto tiempo de residencia del vapor caliente en la zona de reacción. Varias configuraciones de reactor se ha demostrado que aseguran esta condición y logran rendimientos cercanos al 75% basado en el peso inicial de la biomasa seca. La pirólisis rápida de la biomasa produce un producto líquido, aceite de pirólisis o bio-aceite que puede ser fácilmente almacenado y transportado. La pirólisis rápida ha alcanzado un éxito comercial para la producción de sustancias químicas y está siendo activamente desarrollada para la producción de combustibles líquidos.

Factores que determinan el rendimiento de la pirólisis Entre los factores principales que afectan el proceso de pirólisis se encuentran la temperatura y la rampa de calentamiento en la conversión de la biomasa a productos gaseosos, sólidos y líquidos (Demirbas, 2003). Si el propósito es maximizar la conversión de los productos líquidos resultantes, la pirólisis de la biomasa se hace a temperaturas bajas, alta rampa de calentamiento y tiempos de residencia cortos de los gases. Para una alta producción de carbón vegetal el proceso se hace a bajas temperaturas y bajas rampas de calentamiento. Si se desea maximizar la conversión de los gases combustibles resultantes, el proceso se realiza a altas temperaturas, baja rampa de calentamiento y largos tiempos de residencia de los gases. La tecnología de pirólisis se clasifica de acuerdo con el tiempo de residencia de la biomasa, la temperatura máxima y el producto principal (Cuadro 4). A escala experimental se han ejecutado numerosos ensayos en varios países, utilizando diferentes

tipos de biomasa. Por ejemplo, la pirólisis de carbón se está llevando a cabo a escala industrial. La Corporación Yawata Works de Nippon Steel en Japón, construyó una planta que procesa 1000 Ton/día de carbón, para la producción de gases y aceites principalmente. Este proceso se caracteriza por el alto rendimiento térmico global logrado con un sistema de gasificación del char, el cual combina la pirólisis rápida del carbón y el reciclado parcial del char producido durante la pirólisis, para usar el calor sensible de este último en el producto de gasificación, es como una fuente de calor para la reacción del carbón pulverizado (Kawasaki S. 2004) Dynamotive, empresa canadiense, realiza la pirólisis de aserrín de madera, alcanzando cifras de 100 t/dia (Sandving E. 2002). En la actualidad la tendencia se dirige hacia construcción de plantas de mayor capacidad de procesamiento, hasta 200 t/día. Wellman (compañía europea) ha obtenido resultados interesantes en una planta de pirólisis de lecho fluidizado de 250 kg/h en Oldbury (Inglaterra) y en Porvoo (Finlandia), en la planta de pirólisis rápida de Fortum que procesa 500 kg/h.

Cuadro 4. Tipos de pirólisis según la tecnología utilizada. Tecnología

Tiempo de residencia

Temperatura máxima (oC)

Producto principal

Carbonización

Horas-días

300-500

Carbón vegetal

Lenta

5 – 30 min

400-600

Bio-oleo Carbón Gas

Rápida

≤5s

450-600

Carbón Gas

Rápida

≤5s

700-900

Carbón

Gas


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Existen numerosas configuraciones de los reactores (Dietrich Meier) para la pirólisis rápida, entre los cuales se pueden señalar: fluidización neumática, la cual comprende reactor de lecho fijo y lecho fluidizado, fluidización mecánica, en la cual la cual reactor es un cono rotatorio o un tornillo sin fin y por ultimo reactores de calentamiento

por contacto directo en un disco caliente o con tanque de vacio, como lo muestra la Figura 1. Los investigadores del NREL (National Renewable Energy Laboratory) a escala de laboratorio están desarrollando proceso gasificación y pirólisis para convertir la biomasa y sus residuos en combustibles y productos químicos. Los resultados

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proporcionan una sólida comprensión de la química de la pirólisis de biomasa, incluendo la estabilización y el mejoramiento de bioaceites, posibles aplicaciones de líquidos de pirólisis y los requerimientos para la ingeniería de sistemas que pueden producir combustibles y productos químicos a gran escala. (http:// www.nrel.gov/)

Figura 1: Configuraciones del reactor para pirólisis rápida, Fuente: Sandving, 2002.


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Productos de la pirólisis En el Cuadro 5 se observan los resultados de un caso típico de pirólisis rápida de madera y en el Cuadro 6 algunas propiedades del bioaceite (Sdaka, 2006).

El bioaceite como combustible tiene numerosas ventajas competitivas sobre los combustibles provenientes de la industria petrolera (Brown R., y Holmgren J., 2006), tales como: 1. Bajas emisiones de Oxido de Nitrógeno (NOx), (ver Figura 2), ya que genera 50%

Cuadro 5. Rendimiento de la pirólisis rápida. Producto

Rendimiento (% masa)

Energía/Volumen (MJ/m3)

Energía/Masa (MJ/kg)

Madera

100%

8000

20

Bio-aceite

65%

25000

21

Char

12%

9000

30

Gas

23%

15

12

Fuente: Sdaka, 2006

Cuadro 6. Propiedades del bioaceite obtenido de la pirólisi rápida de madera. Propiedad

Rango

Densidad (kg/lt)

1.1 - 1.3

Poder calorífico inferior (MJ/kg)

13 – 18

Viscosidad (cSt) Conductividad térmica W/m-K Capacidad calórico (KJ/kg*K) Punto de ignición (°C)

13 - 80 (a 50 °C) 0.35 - 0.43 2.6 - 3.8 (a 25 - 60 °C) 110 - 120

Agua (% peso)

15 - 30

pH

2.0 - 3.7

(Sdaka 2006)

menos de emisiones de NOx que un Fuel-Oil liviano en turbinas de gas y turbinas diesel convencionales. 2. Emisiones nulas de Oxido de Azufre (SOx) debido a que es un combustible proveniente de desperdicios orgánicos se considera balance nulo de CO2. Por su baja viscosidad el bioaceite puede ser almacenado, bombeado y transportado en una manera similar a los combustibles procedentes del petróleo. El reemplazo de los combustibles fósiles por Bio-Oil genera impactos positivos para el medio ambiente, por la reducción de emisión de gases de efecto invernadero. Por su mayor densidad, comparada con la de otros combustibles líquidos, es posible transportarlo en mayor cantidad en una misma unidad de volumen. El bioaceite se puede emplear como sustituto eficaz para diesel, aceite pesado, aceite liviano, gas natural en diferentes equipos y en la industria, tales como: calderas, rehervidores, hornos, motores estacionarios y metalurgias en donde se utilizan estos combustibles como fuentes de energía y potencia. Aunque para estas aplicaciones se deben tener en cuenta algunas modificaciones, debido a las composiciones químicas complejas presentes en estos combustibles. Por lo tanto algunas propiedades del Bio-oil tienen que ser modificadas para su mejor aprovechamiento. (Garcia M., et al, 2006).

Bibliografía

Figura 2. Reducción de emisiones de NOx por uso de bio-aceites Fuente: Demirbas, 2008.

Amú, L.G. ; Briceño Beltrán, C.O. ; Moreno Gafaro, E. ; Gómez, A.L. 2005. Estimating costs of handling sugarcane trash for


www.tecnicana.com

use as boiler fuel Atagua : ISSCT. Proceedings. 30 Jan.- 4 Feb., 2005 v.2, p.310-315 Atagua Astaiza V.D., 1998. Manipulación de los residuos de cosecha de caña de azúcar y su valor energético Palmira : Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias Agropecuarias : 109 p Bedoya y Portilla. Evaluación del sistema de limpieza en seco de la caña de azúcar y alternativas de aprovechamiento de los residuos generados. Tesis (Ingeniera Sanitaria).--Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. 2004 “Biotherm A System For Continuous Quality, Fast Pyrolysis Bio Oil.” Dynamotive Energy Systems Corporation. Carvajal A. Características de las mezclas bagazo/residuos como combustible de calderas. Congreso Colombiano de la Asociación de Técnicos de la Caña de Azúcar, VII. Memorias. Cali, Colombia. Septiembre 6-8 de 2006. TECNICAÑA, Cali, Colombia. V.1 p.11-18 Demirbas A. “Analysis of Liquid Products from Biomass via Flash Pyrolysis”, Energy Sources, Vol. 24, pp 337–345, Turkey 2002. Demirbas A. “Hydrocarbon from pyrolysis and hydrolysis proces-

ses of biomass”. Energy Sources, Vol. 25, pp 67-75, Turkey 2003. Demirbas A., (2008) “Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections” Energy Conversion and Management, Artículo en Prensa. De la Vega P.V. Diseño de un picador de residuos de cosecha de la cana de azúcar. 1998 Dietrich Meier. “Fast pyrolysis a rute for energy and chemicals from recovered wood”; BFH, Institute for Wood Chemistry and Chemical Technology of Wood, Hamburg. Formato De Intercambio Ingenios. Cenicaña.

Entre

García C.I. y Canchala F.H. Obtención de bio-oil a partir de residuos de corte de caña de azúcar en un reactor tubular de lecho fijo. 2008 Hung-Wen Yang, Jie-Chung Lou,Chung-Bang Chen, Tser-Son Wu. Research on the Application of Bio-diesel to Amplify Lubricity And Decrease Pollution Kawasaki S. “Multi-Purpose Coal Utilization Technologies (Pyrolysis Technologies)”. Center for Coal Utilization, Japan; Nippon Steel Corporation; NKK Corporation; Kawasaki Steel Corporation;

21

Sumitomo Metal Industries, Ltd.; Kobe Steel Ltd.; Ube Industries, Ltd.; Idemitsu Kosan Co., Ltd.; Nippon Steel Chemical Co., Ltd. Japan 2004. K.W. Morris. “Fast pyrolysis of bagasse to produce BioOil for power generation”. DynaMotive Technologies Corporation. Lada J.N. Experiments and modeling of size reduction of switchgrass in a laboratory rotary knife mill. 2008 RIPOLI, T.C.; MOLINA JR., W.F. Cultura canavieira: um desperdício energético. Maquinaria Agrícola, n.1, p.2-3, 1991. Ryan T.H., Cane Cleaning for the Enterprise Mill. 2001 Sadaka S. Fast Pyrollysiis and its Applliicattiions. Center for sustai-nable environmental technologies Iowa State University. 2006 Sandving E. et al, Integrated Pyrolysis Combined Cycle Biomass Power System Concept Definition Final Report. 2002 Tibaquirá J.E. Diseño y construcción de un quemador experimental de ACPM de alta presión tipo cañón. Scientia et Technica Año IX, No 22, Octubre 2003. UTP. ISSN 0122-1701 http://www.nrel.gov/


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Ventajas del aprovechamiento del residuo para quema y producción de vapor Tomaz Caetano Cannavam Ripoli* y Marco Lorenzzo Cunali Ripoli**

La caña de azúcar (Saccharum spp) es una de las gramíneas más cultivadas en las regiones tropicales y subtropicales del mundo. Al inicio del siglo 21, el Brasil presenta la mayor área productiva con valores próximos a 6.3x106 hectáreas para la obtención de azúcar, alcohol y aguardiente en un área mucho menor aunque importante. A mediados de la década del año 1980 los tallos de caña apenas si despertaban mayor interés tanto para el mejoramiento genético como para la agroindustria. Los demás componentes de la planta (rizomas, chulquines, cogollos, hojas secas, raíces e inflorescencias) eran despreciados e indeseados como constituyentes de la materia prima para la fábrica siendo considerados como materia extraña. En el proceso de extracción del jugo se obtiene bagazo como subproducto principal. El bagazo está constituido básicamente por fibras de celulosa, lignina y pentosanas, además de contener un elevado porcentaje de humedad (promedio del 50%), materia extraña (promedio del 0.5%) y azúcares (promedio de 2%). Dependiendo de muchas variables tales como el número del corte, edad, cantidad de materia extraña vegetal, tipo de extracción, etc, se puede obtener alrededor de 250 kg de bagazo por tonelada de caña de azúcar molida. Ese material se utilizó siempre como fuente de energía para mover las fábricas azucareras y las destilerías de alcohol debido a su poder calorífico, convirtiendo tales unidades como autosuficientes para la generación de vapor (Cuadro 1) en comparación con otras fuentes de biomasa (Cuadro 2).

Residuo de caña de azúcar, Iracemápolis, SP. 2008

* Profesor del Departamento de Ingeniería Rural de la USP ESALQ , <ccripoli@esalq.usp.br>. ** Ingeniero agrónomo de WorldWide Product Planner and Sales Engineer - John Deere. <RipoliMarco@JohnDeere.com> Publicado originalmente en Visão Agrícola, No.8, junio de 2008 (Brasil). Traducción: Hernando Rangel Jimenez.


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Cuadro 1. Poder calorífico (kcal/kg) del bagazo de caña de azúcar. PCS

PCI

PCU

Autores

4.324

Hessey, 1937

4.607

Hugot, 1964

4.445

4.665 2.552

4.378

4.055

Atchison, 1977 1.800

Maranhão, 1983

1.854

Payne, 1989

2.054

Ripoli, 1991

Fuente: Los autores citados en la cuarta columna fueron citados por Ripoli (2205). PCS = Poder Calorífico Superior PCI = Poder Calorífico Inferior PCU = Poder Calorífico Útil

Cuadro 2. Poder calorífico superior (PCS) de diferentes fuentes de biomasa, EM kcal/kg Fuente de biomasa

PCS

Fuente de biomasa

PCS

Panizo

4.178

Cáscara de pecan

4.345

Tallo de sorgo

4.273

Naranja

4.464

Hojas de sorgo

4.631

Fruto de Pinus spp

4.870

Capin napier

4.369

Residuo de Pinus spp

5.348

Pinus spp

4.249

Melocotón

4.608

Pasto Bermuda

4.584

Pecan

4.536

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raíces y partículas de tierra adheridas a estos elementos. Esta materia prima comienza a ser utilizada conjuntamente con el bagazo en la cogeneración de energía eléctrica en los ingenios y destilerías o también para la obtención de alcohol. En consecuencia, es erróneo llamar simplemente ese material como residuo. La pregunta que se hace acerca de las ventajas del aprovechamiento del residuo es cómo debe preparase y ofrecerse a la fábrica para la quema y producción de vapor. La Figura 1 presenta varias posibilidades disponibles en el Brasil. Los estudios efectuados en la Cosan-Costa Pinto (Ripoli et al., 2004) evidenciaron la importancia de la cosecha mecanizada integral,

Fuente: Datos obtenidos por Sumner et al (1983) y citados por Ripoli y Ripoli (2005).

El potencial de energía que se puede obtener de una hectárea de caña de azúcar, según Ripoli y Molina (1991) está cerca de 67.080 Mcal en equivalente energético, distribuidos así: 20.9% como alcohol absoluto, 40.03% como bagazo y 39.88% como material remanente (cuando se cosecha en verde) o desperdiciado (cuando se cosecha caña quemada). O sea que se desperdicia alrededor del 40% de la biomasa producida en un cañaduzal, además de contribuir a la contaminación ambiental. Ripoli y Ripoli (2004) definen la biomasa remanente como residuo con las siguientes características: material remanente de la cosecha que queda en la superficie de la suerte, principalmente en la mecanizada, constituido por hojas verdes y secas, cogollos y pedazos de tallos (sean molibles o no), a veces porciones de

Figura 1. Flujograma de las opciones de aprovechamiento del residuo de caña cosechada mecánicamente en verde


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o sea, apagando o reduciendo las rotaciones de los ventiladores y/o extractores de las cosechadoras. El resumen de los resultados obtenidos se presenta en la Figura 2 (Ripoli et al., 2003). En los resultados se consideraron todos los costos involucrados en la manipulación de los residuos en el campo: alce, transporte y descargue en el patio de fábrica. Obviamente, en la opción de cosecha integral será necesaria una estación de limpieza en seco, junto al ingenio o destilería que hoy, dependiendo de la capacidad de molienda, tendría un costo variable entre 2 y 10 millones de reales. Se estima que el costo se amortiza en una o dos zafras con la cogeneración con base en el uso del residuo mezclado con el bagazo. El uso del sistema de enfardamiento es una opción para los ingenios que no poseen o no pretenden instalar una estación de prelimpieza en seco. Las estimativas de rentabilidad con el uso del bagazo y del residuo para cogeneración de electricidad en el Brasil se presentan en el (Cuadro 3), (Ripoli et al., 2007). Por medio de ecuaciones matemáticas y estimándose un mínimo y un máximo de uso de biomasa de caña de azúcar se obtiene el potencial para cogeneración considerándose una cantidad de caña molida del orden de 385 x 106 toneladas en una zafra.

Figura 2. Comparación de tres sistemas de aprovechamiento de residuos en plantaciones de caña de azúcar.

Observaciones. Se presentan los costos de tres variables:R$: Reales por masa; Por EBP (equivalente de barril de petróleo) y por equivalente a 1000L de etanol, considerando el material puesto en la fábrica. Fuente: Sumner et al (1983). Cuadro 3. Estimativas de producción de energía y rentabilidad con el uso del bagazo y el residuo en la cogeneración de electricidad. Potencial (MW)

Energía generada (MWh x 106)

Rentabilidad (US$ x 106)

Bagazo

4.363

20.94

892.56

Residuo mínimo

1.508

7.24

308.57

Residuo máximo

5.871

20.52

874.56

Bagazo y residuo mínimos

4.276

28.18

1201.03

Bagazo y residuo máximos

8.638

41.46

1767.02

Biomasa

Fuente: Ripoli et al (2007).

Referencias RIPOLI, T. C. C; CASAGANDI. D. V.; RIPOLI, M. L. C. Sistemas de colhimento de palhiço de cana de açúcar como fonte de biomassa. Parte 4: confronto entre sistemas a granel. Enfardado e colheita integral. ESALQ/COSAN. Piracicaba. P. 2003. (Relatório Técnico. 17, maio 2003) RIPOLI, T. C.; MOLINA JUNIOR, W.F. Cultura canavieira: um desperdicio energético, Maquinaria Agrícola, São Paulo. V. g, n. i. p. 2-3, jan 1991. RIPOLI. M. L. C.; RIPOLI, T. C. C.; VILLA NOVA, N. A. Sugar cane crop resi-

due and bagasse for cogeneration in Brazil. TSAE/ASABE. Kohn Kaen, Faculty of Engineering, Kohn Kaen University. 2007. RIPOLI, T. C. C.; RIPOLI. M. L. C. Biomassa de cana de açúcar colheita, energía e ambiente. 2. ed. Piracicaba: Edição dos autores, 2005. 302p. SUMNER, H. R.; SUMNER, P. E.; HAMMOND, WC.; MONROE, G. E. Indirect fire biomass furnace and bomb calorimeter determinations. Transactions of ASAE, St. Joseph, v. 15, p. 280-285, 1983.


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Eficiencia energética enfocada al medio ambiente en el Ingenio Providencia S.A. Adolfo León Vivas Paredes* y Liner Antonio Bermúdez Zapata**

Resumen Este artículo relata la transformación que está teniendo el Ingenio Providencia S.A., en la búsqueda de alcanzar la más alta eficiencia energética cuidando el medio ambiente, mediante el cambio y/o modernización de equipos con tecnología de punta, los cuales con un menor costo de operación y mantenimiento entregan una mayor producción, obteniendo resultados como: Disminuir las emisiones de material particulado a la atmósfera por fuentes fijas de 2.000 miligramos por metro cúbico, a menos de 50 miligramos por metro cúbico, disminuir consumo de carbón de 6.180 toneladas por mes a 3.000 toneladas por mes, vendiendo 14.000 toneladas por mes de bagazo, aumentar la generación de energía eléctrica de 8.910 Kilowatios a 34.500 Kilowatios y disminuir en un 25% el consumo de vapor por tonelada de caña molida. Esta aplicación podría implementarse en todos los procesos similares del gremio azucarero, aportando a la preservación del medio ambiente, con sostenibilidad ante los cambios económicos mundiales. Palabras clave: Eficiencia energética, medio ambiente.

Introducción Las industrias azucarera y alcoholera tienen mucha importancia económica y relevancia social en América Latina. La industria azucarera colombiana está ubicada en el valle geográfico del río Cauca. Esta región ofrece condiciones especiales para la siembra y cosecha de la caña de azúcar a lo largo de todo el año debido a sus ventajas agro climáticas. La investigación y desarrollo tecnológico del sector aseguran una posición muy relevante en los rendimientos azucareros del campo cañero. El sector produce azúcar, alcohol y derivados para abastecer tanto el consumo interno nacional, como para exportar de manera permanente y creciente. Ver figura 1. El INGENIO PROVIDENCIA S.A. esta ubicado a 40 kilómetros de la ciudad de Santiago de Cali. En el año 2007 alcanzó cifras de azúcar producido empacado de 4.500.899 quintales, azúcar crudo neto desviado a alcohol: 1.665.606 quintales, alcohol producido: 71.035.139 litros, la caña molida fue de 2.647.876 toneladas, el rendimiento comercial fue de 11,64 %. Actualmente se encuentra adelantando proyectos para alcanzar una mejor eficiencia energética y así poder aprovechar al máximo la capacidad de los equipos instalados y a instalar para suplir las nuevas

* Gerente de Fabrica, <avivas@ingprovidencia.com>. ** Magíster en Ingeniería énfasis en Energética, <lbermudez@ingprovidencia.com>. Documento recibido en octubre de 2008


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necesidades de vapor y electricidad requeridas en el funcionamiento de la planta de alcohol carburante, motorización de los molinos, la caldera N°4, la nueva planta de cogeneración, la planta de CO2 y la planta de depitado de bagazo .

de la caldera No.4 y montaje del sistema de generación de energía eléctrica en el modelo de cogeneración. Con un costo total del avance tecnológico de 1,3 millones de dólares americanos por MW de generación eléctrica instalado.

de 18 PSI a 22 PSI, disminuyendo el tiempo requerido de estadía del fluido en los equipos, posibilitando significativamente el aumento de la producción.

En el proceso para llevar a cabo estos proyectos se está teniendo en cuenta que, básicamente para una producción determinada de azúcar, el problema de optimización estructural y operativa puede plantearse como lo expone Bejan, Tsatsaronis y Moran [1] y [5]: El costo mínimo de producción es igual al costo de inversión más el costo de operación, sujeto a balances de masa y energía, restricciones lógicas y evaluación de agresiones ambientales.

Cambio en el sistema de evaporación.

En el primer semestre del año 2007, se retiró la turbina de vapor de la picadora de caña, reemplazándola por dos motores de 600 HP, acoplados al mismo eje, a su vez se retiró la turbina de vapor del ventilador de tiro inducido de la caldera uno, reemplazándola por un motor de 400 HP, lo cual fue muy significativo por que el consumo de vapor de alta presión que se requería para mover estas turbinas de baja eficiencia 75% se le dio un mejor aprovechamiento al utilizarlo en la turbina del generador principal el cual tiene una eficiencia del 87%. Aquí empezamos a observar como se generaba más electricidad con el mismo consumo de vapor disminuyendo así la compra de energía a la red pública.

En el caso del Ingenio Providencia S.A., la función objetivo a minimizar es el consumo de vapor por tonelada de caña, con las restricciones determinadas por los balances de masa y energía, tratados por Cengel y Boles [2]. La evolución de la agresión ambiental hacia el óptimo es evaluada a través del cumplimiento de la norma ISO 14000, en la búsqueda de considerar no tan sólo el consumo de energía y la economía global del proceso, sino también la contaminación y degradación del ambiente.

En enero del 2007 se migró de un esquema de dos líneas de evaporación de cuatro etapas o efectos a una sola línea de evaporación con cinco etapas o efectos, la que consistió en redistribuir los equipos evaporadores existentes y adicionar dos evaporadores más eficientes, que contienen un diseño de alimentación radial de vapor, permitiendo distribuir uniformemente la exergía del vapor en el intercambiador de calor del evaporador, minimizando así las perdidas de exergía según Moran y Shapiro [4] , lo cual dio como resultado la disminución del flujo de vapor requerido en el proceso de evaporación; Además, pasar de una presión de trabajo

Cambio de turbinas por motores eléctricos.

Eficiencia energética enfocada al medio ambiente. Se ha venido desarrollando en varias etapas: cambio en el sistema de evaporación, cambio de turbinas por motores eléctricos, instalación

Figura 1. Esquema simplificado de un ingenio


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La segunda etapa de cambio de turbinas por motores eléctricos se cumplió durante el primer semestre del año 2008, con la motorización de los molinos la cual consistió en reemplazar las seis turbinas existentes con eficiencia del 75% ver figura 2 por motores eléctricos de 1200kw para los molinos No.1 y No.6 y motores eléctricos de 1000kw para los molinos No.2, No.3, No.4, y No.5 como se muestra en la figura 3, conservándose el mismo aprovechamiento anteriormente citado, al utilizar este vapor de alta presión en la turbina del generador principal con eficiencia del 87%, además de un salto tecnológico en la implementación de control por variadores de velocidad con tecnología de IGBT del inglés (Insulated Gate Bipolar Transistor), tanto en su etapa de rectificador como en la etapa de inversor permitiendo esto mantener una buena calidad de energía cumpliendo con los requerimientos eléctricos de nivel de armónicos en la red, como también un factor de potencia en la entrada de los variadores con un valor de uno, fp=1 evitando tener que comprar bancos de condensadores para compensar factor de potencia. Otro logro, el más importante, fue el mejoramiento en la extracción de sacarosa en los molinos gracias a que con los variadores de velocidad se puede tener un nivel constante de alimentación de caña a cada molino, encontrando su punto óptimo de funcionamiento.

400.000lb/h de vapor a una presión de 955PSI y temperatura de 950 °F, la cual cumple con los mejores criterios en mínima generación de entropía y máximo aprovechamiento de la exergía expuestos por Bejan [3], debido a su diseño, que contiene todos los equipos para utilizar y reutilizar en varias oportunidades las exergías del vapor y aires a través de toda la caldera, estos equipos son el economizador, precalentador, "superheater" como también control por variadores de velocidad en diferentes procesos de la caldera, como

el suministro exacto del combustible y el aire necesario para la combustión del mismo, alcanzando la relación óptima de aire/combustible que permitirá disminuir en un 50% el consumo de carbón, lo que es muy favorable para la preservación del medio ambiente y es valorado por el protocolo de Kyoto, el cual a través de transacciones de bonos verdes equivalentes a la disminución de emisión de toneladas de CO2 a la atmósfera representan un gran apoyo económico y viabilidad a la ejecución de estas obras.

Figura 2. Molinos con Turbinas.

Instalación de la caldera No.4. En la actualidad se está llevando a cabo la instalación de una caldera nueva con capacidad de entregar Figura 3. Molinos con Motores Eléctricos.


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Además el ingenio Providencia S.A. en su siembra de caña hace un gran aporte a la disminución de los gases de efecto invernadero, principalmente CO2, que produce en la combustión del bagazo en las calderas. Ya que el CO2 consumido durante la producción de la caña es considerablemente mayor que el liberado en la combustión del bagazo, ya que sólo el 30% del CO2 tomado por las plantas es convertido en material fibroso de la caña, documentado por Colombo, Mele, Hernández, Gatica y Silveira [6]. Montaje de dos nuevos generadores. Para aprovechar las ventajas energéticas de la nueva caldera No.4

el Ingenio Providencia S.A. actualmente está montando dos generadores eléctricos con capacidad de 20 MW cada uno, movidos por turbinas de vapor de una alta eficiencia 95% con el fin de alcanzar una generación total de 34,5MW de los cuales 18MW se consumirán en las cargas actuales y futuras incluyendo la motorización total de las turbinas existentes, como la desfibradora que tiene una turbina de 3800 HP equivalentes a 2,8MW, mas la ampliación de las redes eléctricas en los circuitos de pozos profundos utilizados en el riego de agua para el campo. Los otros 16,5 MW de energía eléctrica se venderán a la red pública a través de una subestación de 13,2/115KV y una línea de dis-

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tribución de 9 km. Siendo un gran aliciente económico para las finanzas de la empresa y continuando con la política de diversidad en los productos. Para dar cumplimiento a los contratos de venta de energía los cuales requieren ser constantes en la entrega de la misma y para suplir las necesidades de la planta de alcohol carburante en los días de mantenimiento de la fábrica de azúcar, se compró una de las turbinas de los generadores a extracción-condensación, la cual permitirá cumplir con estas necesidades y aprovechar al máximo el vapor alta presión sin tener pérdidas de agua de condensados, obteniendo eficiencia energética.

Conclusiones • El nuevo esquema de evaporación, disminuyó el flujo de vapor de baja presión requerido en el proceso de 390000lb/hr a 340000lb/hr, Además, pasar de una presión de trabajo de 18 PSI a 22 PSI, disminuyendo el tiempo requerido de estadía del fluido en los equipos, pasando de un flujo másico de jugo de 390tn/hr a 430tn/hr, posibilitando significativamente el aumento de la producción. • El cambio de turbinas por motores eléctricos en su primera etapa generó mas electricidad con el mismo consumo de vapor de alta presión disminuyendo así la compra de energía a la red pública, y en la segunda etapa con la motorización de molinos se obtuvo un excedente de energía para la venta a la red pública, con menos costos de operación y mantenimiento. • La implementación de variadores de velocidad mejora la extracción de sacarosa en los molinos gracias a que con estos se gana controlabilidad y así permite obtener un nivel constante de alimentación de caña a cada molino encontrando su punto óptimo de funcionamiento. • Con la instalación de la caldera No.4 y los turbogeneradores en el esquema de cogeneración, se espera un máximo aprovechamiento de los recursos energéticos del ingenio disminuyendo así los costos de operación y mantenimiento de estas secciones, como también el costo de insumos por concepto del carbón como combustible, además de una minimización del impacto ambiental al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera y obteniendo un ingreso económico muy interesante con la venta de energía eléctrica a la red pública, venta de bagazo y transacciones de bonos verdes. • Con la implementación de los criterios de eficiencia energética anteriormente planteados se ahorrara el 25% de consumo de libra de vapor por tonelada de caña, pasando de 1200 Lbvapor/Tncaña a 900 Lbvapor/Tncaña.


30

Bibliografía Bejan A., Tsatsaronis G., and Moran M. 1996. Thermal Design & Optimization. Wiley, New York.

El Ingenio Providencia S.A., busca dentro de sus objetivos alcanzar la más alta eficiencia energética cuidando el medio ambiente.

Cengel Y.A., and Boles M. A. 2002. Thermodynamics, an engineering approach. McGraw Hill, New York. Bejan A. Advanced Engineering Thermodynamics. 2nd Ed. John Wiley & Sons, New York. Moran M. and Shapiro H.; Fundamentals of engineering thermodynamics, 4th Ed. Willey 2000. G. Tsatsaronis, Combination of exergetic and economic analysis in energy- conversion processes,

in A. Reis, et al., eds., Energy Economics and Management in bzdustry, Proceedings of the European Congress, AIgarve, Portugal, April 2-5, 1984, Permagon Press, Oxford, England, Vol. 1, pp. 151-157. Colombo Mauricio, Mele Fernando, Hernández María Rosa, Gatica Jorge y Silveira José Luz . Optimización Termoeconómica Y Ambiental De Ingenios Azucareros. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Universidad Nacional de Tucumán Av. Independencia 1800, (4000) San Miguel de Tucumán, Argentina. 2006.


www.tecnicana.com

31

Nutrición líquida de la caña de azúcar con vinurea Jaime F. Gómez Peña*

La fertilización líquida de la caña de azúcar se inició en el Valle del Cauca en el año 2003 con las aplicaciones comerciales de solución UAN de 32% de nitrógeno (N) y de nitrato de amonio (22% de N). En estos trabajos, los resultados obtenidos en producción fueron altamente significativos. Para ello, fue necesario diseñar los equipos con el fin de lograr aplicaciones eficientes e incorporadas cerca al sistema radical de las plantas de caña de azúcar.

Fertilización líquida con vinazas concentradas La vinurea es un fertilizante orgánico que se caracteriza por una alta concentración de sólidos, materia orgánica , nitrógeno , potasio , azufre y elementos menores, con alta actividad microbiológica que favorece el incremento de los contenidos de materia orgánica y el mejoramiento de las propiedades física (permeabilidad y estabilidad de los agregados) de los suelos. En las plantas productoras de vinurea en Brasil y Australia se preparan soluciones fertilizantes que contienen vinaza, urea, fosfatos y azufre, tomando como base el contenido de potasio. Un suelo con altos contenidos de potasio requiere una aplicación de 60 kg/ha de este nutrimento, que se obtienen con una mezcla de 1300 kg de vinazas concentrada más 350 kg de urea (160 kg de N) (Cuadro 1). Uno de los mayores problemas para el manejo de la urea en soluciones es su alta volatilidad. No obstante, los estudios en laboratorio con diferentes concentraciones de urea–vinazas mostraron que en un periodo de 30 días las perdidas de nitrógeno por volatilización son bajas, debido a que Cuadro 1. Características físico químicas de la vinurea. las vinazas concentradas tienen características Variable Unidad Valor Dosis (kg/ha) quelatantes, ligantes y encapsulantes, evitando Materia Orgánica % 35 600 perdidas altas de nitrógeno. Nitrógeno

%

12

160

Potasio ( K2O )

%

5

66

Azufre

%

2.3

31

Boro

%

0.009

13

Cinc

%

0.0009

1.2

Cobre

%

0.001

1.3

Hierro

%

0.011

15

Grados

40 - 50

g / cc

1.2

Brix Densidad pH

* Magister en Suelos y Aguas, <jafegomez@hotmail.com>. Documento recibido en enero de 2008

4.5

Experiencias con aplicación de vinurea Una de las propiedades principales de la vinaza concentrada es su alto contenido de K2O, por lo que aplicada en dosis entre 1000 a 1700 kg/ha reemplaza los requerimentos de potasio de la caña de azúcar cultivada en la mayoría de los suelos del Valle del Cauca.


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En un estudio de fertilidad de suelos realizado en un área de 9300 ha, se encontró que el 25% del área es baja en potasio, 50% es media y el 25% restante presenta altos contenidos de este nutrimento. De acuerdo con estos contenidos de potasio, las aplicaciones de K2O son variables entre 60 kg/ha en suelos con alto contenido y 100 kg/ha en suelos deficientes. A nivel experimental. Con el objeto de evaluar los efectos de la aplicación de vinurea vs. urea + cloruro de potasio en la producción de caña de azúcar y en los cambios en las propiedades químicas de los suelos se realizó un estudio durante un periodo de tres cortes, en un suelo arcilloso muy fino de la serie Galpón (zona agroecológica 6 H1). Los tratamientos aplicados fueron: (1) testigo: urea + KCl, utilizando una dosis de 150 kg/ha de N + 60 kg/ha de K2O; y (2) vinurea: 1300 kg de vinazas concentrada + 300 kg de urea para una dosis de 150 kg/ha de N + 60 kg/ha de K2O. En un promedio de tres cortes no se observaron diferencias significativas en la producción/ha de caña y azúcar debidas a las fuentes y dosis de nutrimentos utilizados. Después de la aplicación de vinurea al suelo por un periodo de tres cortes, se observó un ligero aumento en los contenidos de materia orgánica, no así en los contenidos de de potasio, calcio, magnesio ni en el pH de los suelos de la serie Galpón. A nivel semicomercial. El estudio se realizó en las suertes 23 y 33 de Sta. Anita y 16 de Hda. Real, localizadas en las zonas agroecológicas 11H0 y 6 H1, con el fin de

Efecto de la aplicación de vinurea en la producción. Zona agroecológica 6H1 Tratamiento

Área

Zafra

T.C.H

T.C.H M

T.A.H M

vinurea

9.11

3

146

10.48

1.34

4

147

10.64

1.35

5

150

10.97

1.26

Promedio Urea + KCl

9.67

148

10.67

1.32

3

137

9.83

1.32

4

146

10.54

1.42

5

156

11.3

1.44

146

10.55

1.39

Promedio

Efecto de la aplicación de Vinurea en las propiedades químicas del suelo zona agroecológica 6H1 Tratamiento

pH

M.O %

K

Mg

Ca

Urea + KCl

7.0

2.8

0.43

9.9

19.8

Vinurea

7.1

3.0

0.42

11.0

20.8

meq/100 g. suelo

determinar los efectos de la aplicación de vinurea vs. urea + KCl en la producción de caña y de azúcar. Los tratamientos evaluados fueron similares a los del estudio experimental anterior. Las aplicaciones se realizaron entre los 30 y 40 días después del corte en forma mecanizada e incorporada a 15 cm de profundidad en el suelo. Las cosechas de los tres cortes se realizaron a 13.7 meses de edad del cultivo. En 29 ha, el tratamiento testigo reprodujo en promedio 149 T.C.H y 1.38 T.A.H.M. Mientras que en 32 ha el tratamiento con vinurea presentó una producción promedio de 147 T.C.H. y 1.39 T.A.H.M. Los análisis de los resultados no mostraron diferencias significativas debidas a las fuentes y dosis utilizadas y permiten concluir que el uso adecuado de las vinazas concentradas remplaza la aplicación de cloruro de potasio en caña de azúcar.

Equipo de aplicación. Para aplicar la vinurea se utilizan carrotanques de 30,000 litros de capacidad, tractores JD 8420 DE 280 HP y equipos de 2500 litros. El equipo cuenta con una bomba HYPRO de diafragma que arroja un caudal de 160 lt/min a 540 r.p.m. con brazos descompactadores, peines, 4 boquillas de ½ pulgada de diámetro y llaves individuales. La aplicación es mecánica e incorporada a una profundidad de 15 cm, cerca del sistema radical de la planta.

Referencias Gómez, P.J.F. 2.005. Usos de las vinazas en el cultivo de la caña de azúcar en Manuelita S.A. Grupos de transferencia de tecnología. Gómez, P.J.F. 2008. Mejores prácticas en nutriciòn. Grupos de transferencia de tecnología.



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