Descripción de los datos

Como punto de partida para dar solución al modelo de optimización, se procede a detallar los datos necesarios a introducir. Es válido destacar que la Unidad Empresarial de Base TRANZMEC cuenta con siete bases de camiones, siendo la mayor del país. Cada base de camiones posee una flota de medios de transportación en plena capacidad para enfrentar los retos diarios en el traslado del flujo material a las Empresas Azucareras (EA) correspondientes. En el anexo 5 se define la asignación entre cada base de camiones y el central correspondiente, de acuerdo a su posición geográfica y correspondencia con la estructura administrativa de cada EA. En este anexo se integra el inventario real de camiones y remolques con que cada base enfrentó los retos de producción de la zafra correspondiente al período 2017-2018, independientemente de la no correspondencia entre los medios planificados y los vehículos reales empleados en este período.

Para analizar el traslado de la materia prima y de biomasa a través de los diferentes nodos de la cadena de suministros se hace necesario esclarecer que elementos integran cada eslabón de la cadena y cómo fueron obtenidos los datos para efectuar el estudio pertinente.

Análisis de los nodos de la cadena

Los nodos de suministros fueron analizados a partir del Sistema de Catastro Rural y Urbano SISCAT5 que permitió definir las hectáreas cultivables de caña por parcelas de tierra en cada territorio de la provincia donde se desarrollan este cultivo. Los datos fueron agrupados en rangos de áreas que el propio sistema define a partir de la desviación estándar de las superficies cultivables. En el anexo 6 se muestra la representación visual del cultivo de la caña para cada municipio de la provincia, mientras que en la figura 2.3 se representa la totalidad de áreas del territorio villaclareño dedicado a este tipo de cultivo, agrupándolas por el central a que tributan.

Figura 2.3. Superficie total del territorio villaclareño dedicado al cultivo de caña por centrales. Fuente: SISCAT5

Otra fuente de suma importancia que posibilitó analizar el rendimiento de los campos con el transcurso de los años fue la EAVC. Precisamente en la figura 2.4 se describe el comportamiento

de este indicador agrícola en las zafras de los últimos 14 años, agrupando los datos por los territorios de cultivo correspondientes a cada central de la provincia.

Figura 2.4. Rendimiento agrícola de los campos correspondientes a los centrales de Villa Clara. Fuente: EAVC.

Como bien se ha hecho referencia con anterioridad, los medios de transporte establecidos para trasladar los flujos de materiales son los vehículos automotores. El traslado de la biomasa desde los nodos tributarios hasta las bioeléctricas se efectúa mediante diferentes tipos de camiones. Las distancias de transporte fueron obtenidas de documentos de la empresa y a través del sistema de información geográfica de código libre QGIS, lo que implica que las recorridos reales de transportación se consideran. Estos trayectos tienen en cuenta las direcciones de circulación y las restricciones de viabilidad. La tabla 2.3 muestra las distancias medias entre los nodos suministros y los nodos tributarios, así como las tarifas de transportación. Como parte de la cadena de suministros, en la tabla 2.4 muestra las distancias medias entre centrales y los valores de las tarifas de costo de transporte entre centrales, estas tarifas dependen del medio de transporte y de la distancia a recorrer. Se hace necesario puntualizar que las tarifas fueron definidas según la Resolución 48/2017 establecidas por el Misterio de Finanzas y Precios.

El resto de los parámetros de los nodos tributarios utilizados se muestran en la tabla 2.5. Los valores asociados son tomados de las bases del proyecto evaluación de alternativas para el desarrollo energético sostenible de la EAVC.

El análisis de los nodos bioeléctricas constituye un punto de peculiar interés para la presente investigación, es por ello que las observaciones efectuadas a los mismos van más allá de los parámetros de entrada, es preciso comprender su estructura y funcionamiento.

Tabla 2.3. Distancia y tarifa de transportación entre los nodos de suministros y los nodos tributarios

Fuente: Unidad Empresarial de Base TRANZMEC de Villa Clara Tabla 2.4 Matriz de distancia y tarifa de transporte entre centrales azucareros

Fuente: Sistema de información geográfica: QGIS. Resolución 48/2017.

Tabla 2.5. Parámetros de entrada al modelo referido a los centrales tributarios UEB Azucarera Tiempo de Zafra (días) Índice de consumo interno Índice de generación Potencia instalada Caña molida

kWh/tcaña kWh/tcaña MW t_caña/zafra

Abel Santamaría 111 31 36 4.5 355200 Panchito Gómez 141 27.4 36 6.5 451200 Carlos Baliño 68 29.5 30 3 163200 Ifraín Alfonso 160 26.3 31.3 6 510409 Heriberto Duquesne 118 24.8 25 4.5 376894 Perucho Figueredo 149 33.2 36 6 477768

José María Pérez 152 31.5 34 6 487419

Quintín Bandera 150 35 141 20 586500

Héctor Rodríguez 151 35 141 20 591290

George Washington 150 35 141 20 586500

Fuente: Documento proyecto evaluación de alternativas para el desarrollo energético sostenible de la EAVC.

Los nodos bioeléctricas para la cogeneración de energía, tienen como principio fundamental la recuperación del calor residual producto de la combustión en la planta, el cual, de otra forma, hubiera sido liberado en el medio ambiente, desperdiciando con ello una parte importante de la energía todavía disponible. Puesto que la cogeneración es una forma muy eficiente de generación de energía, la mayor rentabilidad se presenta en los sectores intensivos en energía, donde las industrias idóneas para instalar plantas de cogeneración son aquellas con gran consumo térmico y muchas horas de funcionamiento.

Las investigaciones desarrolladas por Machado González (2015) y Calero González (2016), demuestran la existencia de una gran variedad de equipos y tecnologías que pueden ser considerados para una aplicación específica de cogeneración. Cada tecnología tiene sus características propias, que deberán ser analizadas en el contexto de los requerimientos específicos de cada lugar. En este sentido, ambas investigaciones proponen el empleo de las turbinas de vapor, que resaltan por su capacidad de generar electricidad como un subproducto del calor (vapor), específicamente el grupo de extracción condensación. Las características principales y parámetros operacionales de las bioeléctricas adoptados en Machado González (2015) y Calero González (2016) se muestran en la tabla 2.6.

Características de la carga a transportar.

La caña de azúcar posee la propiedad de ser un producto que al poco tiempo de cosechado se deteriora, por tanto la calidad de la materia prima que entra a la industria dependerá en gran medida de la rapidez con que la misma se traslade desde el campo al central y esto lo determina el funcionamiento del sistema de cosecha y tiro que se implemente (Romeu Yanes & Rodríguez Treto, 2008).

Tabla 2.6. Características principales de las bioeléctricas de referencia

Características Unidad medida CEST CEST

17 Mw 67 bar 520°C 37 Mw 67 bar 520°C

Norma potencial t_caña/h 167 383

Aprovechamiento norma potencial % 85 85

Tiempo calendario de zafra días 150 150

Tiempo fuera zafra para diseño días 100 100

Demanda vapor a proceso (DVP) t_vapor/t_caña 0.45 0.45

Consumo de caldera en zafra t_bagazo/h 37 80

Consumo de caldera fuera de zafra t_bagazo/h 14 37

Dimensionamiento de la caldera t_vapor/h 80 195

Fuente: (Machado González , 2015; Calero González, 2016). CEST: Turbina de Extracción Condensación.

El residuo lignocelulósico fibroso remanente de los tallos de caña, obtenido a la salida del último molino del tándem azucarero, conocido como bagazo, constituye un conjunto heterogéneo de partículas de diferentes tamaños que oscilan entre 1 y 25 mm, presentando una fracción promedio de aproximadamente 20 mm. Desde el punto de vista físico, el bagazo integral se compone de 45% de fibra, 2-3% de sólidos insolubles, 2-3% de sólidos solubles y 50% de humedad, mientras que desde el punto de vista químico, se compone de 46,6% de celulosa, 25,2% de hemicelulosas (pentosanos) y 20,7% de lignina. En la tabla 2.7 se recogen las características propias del bagazo y la paja que influyen en su procesamiento.

Tabla 2.7. Características del bagazo y la paja

Características Unidad medida Valor

Proporción fibra en caña t fibra/t caña 0.14

Proporción paja bagazo t paja/t bagazo 0.1

Calor específico de combustión inferir de la paja 𝑀𝑀𝐽𝐽⁄𝑡𝑡 14000

Calor específico de combustión inferir del bagazo 𝑀𝑀𝐽𝐽⁄𝑡𝑡 15000

Humedad del bagazo % 0.5

Humedad de la paja % 0.2

Fuente: (Machado González, 2015)

Características de los medios de transporte. Análisis de los costos de transportación

Para la aplicación del caso de estudio, con relación al transporte, primeramente se forman seis grupos de vehículos teniendo en cuenta la similitud de los mismos, principalmente debido a las capacidades y a las líneas de equipos que los caracterizan. En la tabla 2.8 se muestra la información pertinente en relación a los medios de transportación disponibles para cada base de camiones en el período de zafra objeto de análisis.

Tabla 2.8. Características de los camiones disponibles

Medios de transporte Capacidad

estática (t)

Base de camiones

Cantidad total

Calab Camaj Riquel Sag Ran Snto

Dom

Chiquit Fab

Kamaz 10 11 7 8 4 9 14 53

Kamaz Remotorizado 10 4 5 6 3 18

Bei Ben Truck 15 8 1 9

Super Kamaz 15 4 4

Sinotruck 20 12 6 10 15 4 4 2 53

Zil 6 17 28 30 15 24 34 26 174

Fuente: Empresa TRANZMEC Villa Clara

Antes de analizar los costos en que se incurren en el proceso de transportación, según las líneas de equipos descritas con anterioridad, se hace necesario puntualizar los plazos de entrega definidos, ya que esta es una de las principales variables económicas para el sistema de transporte, pues es altamente dependiente de la distancia de viaje y la velocidad de desplazamiento de los vehículos. En la tabla 2.9 se analizan las horas por viajes para cada línea de equipos, representando una media de las horas totales de recorrido de cada medio de transporte y los viajes totales efectuados por cada vehículo durante el período de zafra. En esta tabla las observaciones se realizan según la carga a transportar, tanto para el caso de la caña de azúcar como para el transporte de biomasa de los centrales tributarios a los nodos bioeléctricas.

Tabla 2.9. Duración del ciclo de viaje para cada línea de equipos

Línea de equipo Duración viaje (h/viajes)

Caña Bagazo

Kamaz 4.58 6.20

Kamaz

Remotorizado 3.59 3.54

Bei Ben Truck 1.77 7.84

Super Kamaz 3.20 4.21

Sinotruck 3.43 9.74

Zil 3.82 2.84

Fuente: Sistema Automatizado Sistrans. Empresa TRANZMEC Villa Clara

Lo costos asociados a la actividad de transporte se obtienen a partir de un costo general de transportación, desglosado en costos variables y costos fijos. Tanto los gastos de amortización, como los de depreciación de los vehículos y los impuestos, constituyen los puntos de partida de los gastos fijos. La categoría de los costos variable incluyen, tal y como se puntualizó en el capítulo anterior, los gastos de salario, seguridad social, impuesto sobre la fuerza de trabajo, gastos de

combustible, lubricante, neumáticos, baterías, reparación y mantenimiento. Estos valores fueron tomados de los registros económicos del Sistema Automatizado Sistrans.

Para determinar los costos fijos unitarios para cada línea de equipos se dividen los costos totales para este grupo de datos entre los viajes que realiza cada vehículo. Esta transformación tiene la finalidad de conocer el gasto en que se incurre al realizar cada viaje según la línea de equipo a la que pertenecen los vehículos. Finalmente para obtener el costo variable por tonelada-km recorrido para los grupos de vehículos, se divide el costo variable general de transportación entre el tráfico de cada línea de vehículo en el período de tiempo señalado. Es importante puntualizar que el costo variable se encuentra expresado en $/tn-km porque la función objetivo contiene parámetros que están basados en el flujo trasladado. Los costos unitarios de transportación obtenidos, y que son utilizados en el modelo de optimización propuesto, se muestran en la tabla 2.10 según el tipo de carga a transportar.

Tabla 2.10. Costos de transportación para cada línea de equipos Carga a transportar Línea de equipo Caña Bagazo Gasto Fijo($/viaje) Gasto Variable($/tn-km) Gasto Fijo($/viaje) Gasto Variable($/tn-km) Kamaz 36.97 0.22 48.50 0.35 Kamaz Remotorizado 45.00 0.18 34.85 0.31

Bei Ben Truck 52.30 0.12 78.82 0.27

Super Kamaz 17.90 0.36 16.86 0.32

Sinotruck 26.29 0.05 90.68 0.14

Zil 29.02 0.46 14.31 0.33

Fuente: Sistema Automatizado Sistrans. Empresa TRANZMEC Villa Clara

El modelo se resuelve con un Intel Core CPU i5 de 2,50 giga Hertz con 8 gigabytes de RAM en una plataforma de 64 bits. El modelo generado para el escenario actual contiene 10715 restricciones, de las cuales 10206 son catalogadas como restricciones no lineales, gobernando 15760 variables de decisión congregadas en 28 bloques de variables. El tiempo de solución es de aproximadamente 16 minutos, considerando una tolerancia de la solución entera óptima establecida en uno por ciento.