Hierro, Acero, Metales no Ferrosos

Unidad de Planeación
Minero Energética
Determinación de la Eficiencia
Energética del Subsector
Industrial de Hierro Acero y
Metales No Ferrosos
Octubre de 2001
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
RESUMEN DE LA INVESTIGACION
DETERMINACION DE EFICIENCIA ENERGETICA EN EL
SUBSECTOR INDUSTRIAL COLOMBIANO DE HIERRO, ACERO
Y METALES NO FERROSOS
1.0
ANTECEDENTES
Como consecuencia del periodo de crisis energética en la década de los setenta,
la primera reacción de aquellos países, cuyo abastecimiento energético dependía
de la importación de petróleo, fue realizar una política severa de sustitución de
energéticos, así como la conformación de programas para la optimización del uso
de la energía.
Desde entonces los gobiernos han definido políticas de ahorro y conservación de
los recursos naturales y programas de promoción y adecuada utilización de la
energía en los procesos productivos, mediante la incorporación de nuevas
tecnologías y el uso de energéticos escasos por otros más abundantes desde el
punto de vista económico, y/o energéticos más “ineficientes” por otros más
eficientes desde la óptica energética. Todo ello con el propósito de reducir la
energía necesaria para producir una unidad de valor agregado o PIB, como
medida efectiva para lograr la reducción de los costos de producción de bienes y
servicios, permitiendo incrementar los niveles de productividad de las empresas y
beneficiar también a usuarios finales de energía por disminución de gastos en el
presupuesto de las familias.
2.0
ESTUDIO DE LA PROBLEMATICA
Por constituirse la energía en un insumo básico, necesario para desarrollo
económico de cualquier país, así como soporte del mejoramiento de la calidad de
vida de sus habitantes, debe ser utilizada de la forma más racional y óptima bajo
la perspectiva de autosuficiencia y sostenibilidad, para asegurarle a cada agente
de la sociedad la cantidad y calidad mínima requerida para su integración y
productividad en el sistema social.
En este sentido, el Gobierno Nacional a través de la UPME viene desarrollando
la estrategia de uso racional y eficiente de energía (URE), como un proceso de
1
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índole cultural, económico, tecnológico y ambiental, para adecuar la estructura
productiva del sector energético según la disponibilidad de sus recursos.
El desarrollo de esta estrategia, ha permitido detectar la existencia de grandes
obstáculos que en forma imperceptible vienen obstruyendo la realización de
proyectos de ahorro de energía, tales como la escasez de personal capacitado
para abordar los problemas específicos que plantea la optimización del uso de la
energía, ausencia de información técnica que proporcione a Gobierno el
conocimiento necesario para diseñar políticas de URE y para orientar sus
intervenciones, ausencia de estímulos financieros específicos para este tipo de
proyectos, etc
Para el caso particular de la ausencia de información veraz y oportuna, del
conocimiento de la situación tecnológica del sector industrial, su grado de
desarrollo y nivel de competitividad y productividad, la UPME inició un proceso
evaluativo de los distintos grupos industriales con el propósito de buscar
recomendaciones que favorezcan al sector productivo, al igual que contribuyan a
los objetivos de integración e inserción en la economía de globalización
Con el apoyo del consultor HEMBR SAMIGUEL, se realizó el estudio de la
industria del hierro acero y metales no ferrosos y se determinó sul potencial
técnico y económico de URE cuyo contenido se describe en este documento
3.0
SECTOR INDUSTRIAL
Sectorialmente, la industria manufacturera colombiana representa el 18% del PIB;
y el consumo energético durante el 2000 fue el 29.2% del total nacional, cifra
superior a su participación en el PIB.
A pesar de haberse establecido en los últimos años algunas políticas sobre
eficiencia energética, la intensidad energética es desfavorable para la industria
ya que la mayoría de los subsectores industriales experimentan tendencias
crecientes de este indicador (cuya definición hace referencia a la producción de
la misma cantidad de bienes y servicios al sistema socioeconómico consumiendo
menor cantidad de energía), situándose en general en niveles superiores al de
países con condición económica similar al nuestro.
Existe una situación de recesión económica donde se ha originado escasas
acciones en la mejora de la eficiencia energética; en otras palabras, la retracción
económica no ha permitido inversiones para modernizar y renovar el equipo
industrial, ocasionando que el sector productivo haya perdido mercado y en
consecuencia disminución de la utilización de la capacidad instalada.
2
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Uno de los subsectores industriales más afectados por la crisis ha sido el de
hierro, acero y metales no ferrosos, el cual consume cerca del 8.7% de la energía
total consumida por la industria y constituye un grupo industrial de particular
interés energético, debido a la gran variedad de tecnologías en sus procesos de
producción, a la amplia gama de energéticos que se emplean y a las
posibilidades de concentrar altos potenciales de ahorro energético, dado los
retrasos tecnológicos del sector, que a su vez condicionan al uso de energéticos
menos eficientes y más contaminantes.
Subsector de Hierro Acero y Metales no Ferrosos
Este grupo industrial correspondiente a los códigos CIIU (Clasificación
Internacional Industrial Uniforme) 3710, 3720, 3721 y 3722 abarca las empresas
que producen, transforman o recuperan hierro, acero, aluminio, cobre, plomo,
zinc, estaño y níquel. La gran y mediana industria colombiana objeto del estudio,
está conformada por 59 empresas distribuidas así: hierro y acero 37, aluminio 14,
cobre 4, níquel 1, zinc 4, plomo 2 y estaño, precisando que 6 de estas industrias
operan más de un metal.
Se resalta que este sector en Colombia trabaja básicamente hierro, acero,
aluminio y cobre, utilizando materias primas que van desde el mineral en estado
natural como el caso del hierro y del acero hasta el metal en lingotes, tochos y
palanquillas, además de chatarra nacional e importada. Las empresas de hierro y
acero conforman el grupo de mayor representatividad dentro del subsector, no
sólo por la cantidad de industrias, sino por disponer de una empresa integrada, 6
semi-integradas y 30 sin integrar.
En el caso del níquel, se procesa el mineral hasta a la obtención de la ferroaleación como materia prima para industria metalúrgica, sin procesos posteriores
de refinación para la obtención de níquel. En lo relacionado con los minerales de
zinc y estaño, los volúmenes utilizados en el país son muy bajos y las industrias
que los trabajan son de tipo mediano a pequeño. Los procesos realizados se
concentran en la recuperación de materia prima metálica para posterior
utilización o procesamiento y en otras ocasiones se importa la materia prima para
fines muy específicos.
El consumo energético del subsector durante el 2000, ascendió a 9,432
teracalorías, de las cuales el 16% corresponde a energía eléctrica y el restante
84% a consumo térmico. La gráfica No 1 refleja el consumo de energía total, en
las industrias de aluminio, cobre, níquel, plomo y zinc.
3
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Gráfica No 1
CONSUMO TOTAL DE ENERGIA AÑO 2000 (Teracalorías)
2 ,3 0 9
TERACALORIAS
2.500
2.000
1.500
1.000
500
258
31
27
5
PLOM O
ZINC
0
A LU M IN I O
COBRE
NIQUEL
TIPO DE INDUSTRIA
E. TERMICA
E. ELECTRICA
Gráfica No 2
CONSUMO DE ENERGIA AÑO 2000 SECTOR SIDERURGICO (Teracalorías)
TERACALORIAS
7.000
6.239
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
529
0
E. TERMICA
E. TERMICA
Habida cuenta de la representatividad del grupo siderúrgico dentro del subsector
industrial en estudio, el mayor consumo de energía se concentra en éste, al
emplear el 72% del total, equivalente a 6.770 teracalorías. Como se observa en
la gráfica No 2.
4
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Para el análisis del subsector se determinaron parámetros correspondientes a
consumos totales, consumos específicos e índices de productividad para cada
una de las empresas. En el Anexo A se consigna la información pertinente.
4.0
INDICADORES TECNICO ECONOMICOS
Con el fin de determinar la situación real del subsector de estudio y efectuar
comparaciones con otros entornos geográficos, a partir de los datos obtenidos en
las encuestas se determinaron varios indicadores y se compararon con
estándares internacionales y/o empresas compañías que poseían procesos
similares para los mismos productos. Cuando no se dispuso del indicador
internacional, se tomó la empresa o proceso colombiano más eficiente como
patrón de comparación.
En primera instancia se presentan indicadores relacionados directamente con la
eficiencia energética que permiten determinar consumos energéticos específicos,
así como relaciones entre consumo final de energía y producto interno bruto.
Posteriormente se presentan indicadores económicos, que precisan la relación
existente entre consumo final de energía y personal ocupado.
4.1
Intensidad Energética
Este indicador se utiliza básicamente para medir la eficiencia energética en los
sectores que no se puede describir la naturaleza de la actividad mediante
indicadores físicos.
4.1.1 Hierro y Acero
En siderúrgica se diferenciaron tres tipos de industrias que presentan
características propias y de difícil comparación entre sí: la industria integrada, la
semi-integrada y la no-integrada. Para evaluar su situación de consumo
energético, se determinaron los indicadores de intensidad energética nacional
(cantidad de energía para fabricar o procesar una unidad de producto) y se
compararon con los indicadores internacionales encontrados para los mismos
procesos presentados en la siguiente tabla:
5
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Los resultados muestran que en la producción de acero integral los indicadores
nacionales están muy por encima de los internacionales, particularmente en los
procesos de acería, alto horno, coquería y laminación. Para el caso de las
empresas semi-integradas, se puede anotar que existen desviaciones con respecto
a los patrones internacionales, básicamente en los procesos de acería, laminación
y tratamiento térmico, debido posiblemente a baja utilización de capacidad
productiva.
INDICADORES ENERGETICOS HIERRO Y ACERO (GJ/T)
PROCESO
Acería Integrada
Acería no Integrada
Coquería
Alto Horno
Laminación Caliente (Integrad.)
Laminación Caliente (No Integrada)
Laminación en Frío
Tratamiento Térmico
Fundición
Moldeo
Trefilación
Laminación Caliente (Sem-integ.)
Tratamiento Electrolítico
IND. INTERNAL
1.57
5.84
3.47
12.66
2.40
3.69
1.01
1.57
5.84
3.47
12.66
2.40
3.69
IND.NAL
2.07
7.00
45.85
26.20
9.50
6.49
1.92
2.07
7.00
45.85
26.20
9.50
6.49
NOTA
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
1
1
1: U.S. Departement of Energy-Agosto 2000
2: Proceso nacional más eficiente
Comparable a los dos casos anteriores, es la situación de las empresas no
integradas, donde existen índices internacionales. Los datos obtenidos reflejan
un consumo específico superior al reportado internacionalmente, lo cual
representa un vasto potencial de aprovechamiento, asociados a cambios de
tecnologías ineficientes, a baja utilización de la capacidad productiva o a los
cambios estructurales que ha soportado el sector industrial en términos
generales.
Los procesos de fundición, moldeo y trefilación, no disponen en el ámbito
internacional de índices que permitan identificar opciones de ahorro con respecto
a otros países. No obstante, los resultados muestran grandes consumos de
energía en estos procesos que se ven reflejados que la intensidad energética,
debido quizá al bajo aprovechamiento de la capacidad productiva.
4.1.2 Aluminio
6
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Las industrias de aluminio existente en el país, inician los procesos partir del
tratamiento del aluminio importado y/o recuperación del metal usado (chatarra),
es decir son industrias semi-integradas. Al igual que en la industria siderúrgica, el
análisis comparativo se realizó en procesos con índices nacionales e
internacionales.
INDICADORES ENERGETICOS ALUMINIO (GJ/T)
PROCESO
Fundición
Laminación
Extrusión
Secado
Tratamiento Térmico
IND. INTERNAL
5.92
6.43
5.84
6.76
0.85
IND.NAL
17.34
38.67
10.77
6.86
6.14
NOTA
1
1
2
2
2
1: U.S. Departement of Energy-Julio 1997
2: Proceso nacional más eficiente
Los resultados ponen de manifiesto la clara desventaja de nuestro país en
términos de eficiencia energética al compararnos con el entorno internacional, en
los procesos de correspondientes a laminación y fundición.
En cuanto a los métodos utilizados nacionalmente para el procesamiento de este
metal (extrusión, secado, y tratamiento térmico), no se encontraron índices
internacionales quizá debido a nuevos procedimientos de transformación y en
consecuencia, se tomó como patrón el nacional de mayor eficiencia, señalando
que existe un buen potencial de optimización para el aprovechamiento energético
en algunas industrias.
4.1.3 Cobre y Níquel
Las industrias procesadoras de cobre, en forma similar a las de Aluminio, no son
integradas, e inician las actividades de transformación utilizando como materia
prima chatarra y cobre recuperado. En el entorno internacional los índices
encontrados hacen alusión particularmente a procesos de extracción y
producción del mineral, mas para su transformación y/o procesamiento, no hay
reporte del consumo específico
7
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La industria del níquel en Colombia es integrada y su producto final Ferro-níquel,
se exporta en su totalidad. Infortunadamente no se dispone de indicadores a nivel
internacional y en el ámbito nacional se evaluó tan solo una industria.
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INDICADORES ENERGETICOS COBRE Y NIQUEL (GJ/T)
PROCESO
Trefilación
Producción
Fundición
Secado
IND. INTERNAL
INDUSTRIA DEL COBRE
18.25
42.42
INDUSTRIA DEL NIQUEL
-
IND.NAL
NOTA
26.27
1
2
364.21
250.58
3
3
1: Proceso nacional más eficiente
2: Técnicas de conservación energética en la industria
3: Producción nacional
4.2
Indicador Económico
Este indicador que por definición vincular el rendimiento de una industria y su
personal ocupado, tiene como objetivo energético medir la variación de la
eficiencia energética y el personal utilizado para la producción de una tonelada
de producto. En este indicador se conjugan varios efectos como la eficiencia
energética, cambios estructurales el sector, la gestión empresarial entre otros
factores.
INDICES DE PRODUCTIVIDAD AÑO 2000
SUBSECTOR DE HIERRO, ACERO Y METALES NO FERROSOS
INDUSTRIA
INDICE DE PRODUCTIVIDAD
t/h-año
INDUSTRIA DEL HIERRO Y ACERO
Empresas Integradas
Empresas Semi-integradas
Empresas No integradas
116.46
346.11
94.09
INDUSTRIA DEL ALUMINIO
Empresas Semi-integradas
37.44
INDUSTRIA DEL COBRE
Empresas Semi-integradas
31.52
INDUSTRIA DEL NIQUEL
Empresas Integradas
43.75
9
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El índice de productividad para la industria colombiana de hierro y
aumentado de 166,8 a 204,4 toneladas-hombre/año (t/h-a) de 1998
mostrando incremento en la gestión empresarial, aunque es inferior al
América Latina calculado por ILAFA (Instituto Latinoamericano del Fierro y
391 t/h-a para 1998.
acero ha
al 2000,
índice de
Acero) en
Es importante resaltar el índice calculado para las empresas semi-integradas
(346,11 t/h-1) comparado con el de la empresa integrada (116,47 t/h-a), o con el
de empresas no integradas (94,09 t/h-a).
Las compañías procesadoras de los metales no ferrosos muestran índices de
productividad que varían entre 31,52 y 52,80 t/h-a, dependiendo del metal. La
empresa productora de níquel presenta un índice de productividad de 43,75 t/h-a,
infortunadamente no se tiene patrón internacional para comparar.
5.0
POTENCIAL TECNICO DE AHORRO DE ENERGIA
Además de los objetivos de conservación de los recursos, optimización del uso
de energía, los proyectos de URE están encaminados al aprovechamiento de
tecnologías eficientes, reposición de equipos y sustitución energética deben
cumplir también con expectativas de los consumidores de energía relacionadas
con la efectividad desde dos puntos de vista así: disminución del consumo
energético, sin sacrificio de utilidad obtenida de la energía disponible y reducción
de costos de producción de bienes o servicios.
Esto implica que cualquier estrategia que se desee implementar, deberá surgir de
un proceso de valoración y cuantificación técnicamente posible para mejorar los
consumos específicos de energía en instalaciones nuevas y existentes.
Con el fin de cuantificar el ahorro energético potencial en el subsector de hierro,
acero y metales no ferrosos, se analizaron los consumos de energía por proceso
en cada una de las compañías e industrias de tamaño grande y mediano. Para
estimar el ahorro se tomó como referencia los índices energéticos internacionales
para procesos iguales o similares y el nacional más eficiente cuando no se
dispuso de los mismos a nivel internacional.
La estimación fue realizada tanto para la capacidad actual de operación, así
como la obtenida a plena carga. El ahorro potencial de energía se muestra en la
tabla anterior y asciende a un valor de 3.27 millones de barriles equivalentes de
petróleo al año, que a precios de hoy representarían cerca de 28 millones de
dólares.
10
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AHORRO POTENCIAL DE ENERGIA POR INDUSTRIA Y PROCESO
PROCESO(1)
Acería (Integrada)
Acería (otras)
Coquería
Alto Horno
Laminación caliente:
(integrada)
Laminación caliente:
(otras)
Laminación en frío
Tratamiento térmico
Fundición
Moldeo
Trefilación
SUBTOTAL
Fundición
Laminación
Extrusión
Secado
Tratamiento térmico
SUBTOTAL
Trefilación
TOTAL AHORRO
Producción Producción Diferencia
Actual
Máxima
(Nal–Inter)
T/A
T/A
GJ/t
INDUSTRIA DE HIERRO Y ACERO
279.500
340.000
0.50
516.400
1’305.250
1.16
232.700
360.000
43.38
275.500
340.000
13.54
215.000
360.000
7.10
2.
3.
4.
5.
Ahorro
Potencial
Cap.Máxim
KTJ/A
0.14
0.60
10.09
3.73
1.52
0.17
1.51
15.61
4.60
2.55
193.600
268.200
2.80
0.54
0.75
201.200
24.640
17.030
648
14.400
300.400
40.320
36.450
864
21.600
0.91
4.36
9.31(2)
50.56(2)
3.20(2)
0.18
0.11
0.16
0.01
0.05
17.13
0.27
0.17
0.34
0.01
0.07
26.05
0.42
0.50
0.06
0.01
0.02
1.01
0.73
0.68
0.16
0.01
0.04
1.62
0.11
18.25
3.27
9.08
91.52
0.16
27.83
4.99
13.86
139.7
36.720
15.600
12.240
18
4.800
INDUSTRIA DE ALUMINIO
63.840
11.42
21.320
32.24
31.800
4.93(2)
54
14.80(2)
7.200
5.29
12.000
INDUSTRIA DE COBRE
16.800
9.54(2)
Ahorro Total (BEP/A) (3) M
Ahorro Total (BEP/D) (4) K
Ahorro Total (US$/A) (5) M
1.
Ahorro
Potencial
Cap. Actual
KTJ/A
No se incluyen en la industria de hierro y acero los procesos de laminación en caliente (empresas semiintegradas) y tratamiento electrolítico, por presentar índices menores a los internacionales.
Referenciado a la empresa nacional más eficiente.
Factor de Conversión: 1 TJ = 179.34003 BEP para 1998 (UPME).
A=360 días
BEP=US$28.0
Esta cifra podría incrementarse en cerca de 1.000.000 barriles equivalentes de
petróleo/año, cuando termine la recesión y las industrias operen con el 100% de
su capacidad.
11
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Para alcanzar estos ahorros será necesario realizar ajustes operacionales e
inversiones que permitan capitalizar la innovación tecnológica y que de acuerdo
con la situación real de nuestra industria, son efectivas desde el punto de vista de
los costos. El numeral 8 de este documenta analiza el potencial económico
factible desde el punto de vista de las utilidades y cuyos resultados muestran las
distintas posibilidades de aprovechamiento de proyectos URE.
6.0
TECNOLOGIA EN COLOMBIA Y EN EL MUNDO
Los cambios tecnológicos ocurridos a nivel mundial han tenido gran influencia en
la industria del acero y son variados los métodos desarrollados y con buenos
resultados, para la conversión del mineral de hierro. La tendencia es la de
incentivar plantas semi-integrales, las cuales mejoran su productividad con el
empleo de hornos eléctricos de mayor capacidad y potencia.
Igualmente se han desarrollado nuevos métodos de conversión de mineral de
hierro como: la tecnología de oxígeno básico (BOF), procesos de reducción
directa (DRI), briquetas de hierro caliente (HBI) o carburo de hierro (Iron
Carbide), reducción directa (HyL utilizando gas como agente reductor), reducción
directa con carbón (Hismelt), etc., algunos de ellos en período de
experimentación, otros ya probados suficientemente en nuevas acerías.
La colada continua es otro proceso en el que la moderna industria del acero y
aluminio ha encontrado beneficios al obviar varios pasos en el proceso de
laminación, todos con altos consumos energéticos. Produce un acero de alta
calidad con menos desperdicio de chatarra y se puede conseguir un incremento
en capacidad de producción superior al 10%.
En la industria integrada la preocupación mundial ha sido mejorar el proceso de
obtención de coque empleando nuevas tecnologías que incluyen el uso de
carbones térmicos como materia prima. Los nuevos altos hornos se han diseñado
para obtener arrabio de más alta calidad, mayor extracción por tonelada de
mineral, mejores métodos de combustión y control más exigente de
contaminantes atmosféricos.
Infortunadamente en Colombia las nuevas tecnologías no tendrán aplicación por
lo menos en el corto y mediano plazo, debido principalmente a los altos costos de
capital y a otros aspectos que influyen en las decisiones gerenciales al momento
de proyectar nuevas inversiones, como son: políticas económicas variables o no
definidas, inseguridad, falta de apoyo estatal en la inversión industrial, etc.
12
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Sin embargo, algunas industrias han realizado o proyectan inversiones para
mejorar sus procesos de producción. Estos cambios tecnológicos, que
representan ahorro energético y de costos en combustibles, básicamente son:
-
Precalentamiento de aire de combustión.
Mejoramiento de la calidad de sus refractarios.
Precalentamiento de la materia prima con gases efluentes.
Sustitución de combustibles (gas natural por combustibles líquidos).
Automatización de hornos de calentamiento.
Reducción en tiempos de carga y descarga de hornos eléctricos.
Mejoras en el factor de potencia de la empresa.
Uso de oxigeneradores en hornos eléctricos de arco.
Control de combustión.
Nuevos hornos eléctricos de inducción y de arco.
El denominador común de los industriales de este subsector sobre el crecimiento
futuro de sus empresas, se basa principalmente en la necesidad de que se
tengan reglas claras en materia económica de impuestos, de seguridad, en
políticas definidas de apoyo a la industria y en el manejo objetivo y concordante
con la realidad nacional del precio de los combustibles y la energía eléctrica.
Este es el marco en el que según los industriales se darían las condiciones para
invertir en tecnología en el mediano y largo plazo.
7.0
RECOMENDACIONES TECNOLOGICAS
Las recomendaciones tecnológicas se orientan a la producción de hierro y acero
y al procesamiento de hierro y acero, aluminio, cobre, plomo, zinc y níquel.
Estas recomendaciones se dividen en:
7.1
Tipo operativo
Se pueden efectuar en forma inmediata mediante la optimización de las
instalaciones y la mejora en la programación y control de las operaciones.
7.2
Mejoras en las instalaciones.
Las principales son:
♦ Aprovechamiento del calor sensible de los gases efluentes.
13
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♦
♦
♦
♦
♦
♦
7.3
Mejoras en los sistemas de combustión.
Mejoras en los sistemas de instrumentación y control.
Intercambiabilidad de combustibles.
Sustitución de equipos.
Utilización de aislamientos.
Mejoras en los sistemas de alumbrado y fuerza.
Tipo tecnológico
Se orientan a los siguientes procesos, recomendaciones que, dependiendo del
tipo de tecnología, son válidas para las industrias integradas, semi-integradas y
el procesamiento de metales no ferrosos. Estas recomendaciones requieren
inversiones importantes de capital, puesto que se refieren a la implantación de
nuevas tecnologías y/o sustitución de equipos.
♦ Producción de coque.
♦ Producción de arrabio.
♦ Acería.
♦ Hornos de tratamiento térmico.
♦ Recuperación de chatarra.
8.0
POTENCIAL ECONOMICO
Para determinar cuáles son las alternativas de optimización aplicables y sus
respectivos costos bajo la luz de nuevas tecnologías y procesos, debe estimarse
la cantidad de potencial técnico de ahorro que es efectivo desde el punto de vista
de los costos para varias perspectivas de inversión. Ello llevó a efectuar un
análisis técnico–económico de los procesos y equipos que podrían mejorarse en
el sector metalúrgico colombiano para optimizar el consumo energético.
Los datos de las inversiones analizadas fueron suministrados por fabricantes de
equipos, productores y algunos asesores de la industria metalúrgica. Los
siguientes procesos analizados representan los mayores ahorros de energía,
involucran directamente sustitución de energéticos y son capital intensivos:
1. Proceso de colada continua.
2. Proceso de fundición de chatarra.
3. Hornos de calentamiento de palanquilla en el área de laminación.
En este último proceso se analizaron los siguientes casos:
14
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3.a. Cambio de revestimiento en los hornos.
3.b. Precalentamiento del aire de combustión.
3.c. Automatización.
3.d. Cambio de combustible líquido a gas natural.
Los parámetros utilizados para definir el caso básico de todos los procesos
evaluados son los siguientes:
-
Se trabaja en pesos constantes del año 2.000.
El análisis se efectúa para una vida útil de 10 años.
Se considera un valor de salvamento de la inversión del 20%.
Se usa una tasa de cambio de $2.150/US$.
Se considera una tasa impositiva de renta del 35% sobre las utilidades netas
del proyecto.
Con el fin de visualizar el efecto de una posible financiación que incentive la
optimización energética de este subsector, se tomó como referencia una de las
líneas de financiación del IFI cuyas condiciones se resumen así:
-
Plazo de amortización 8 años con dos años de gracia.
Inflación anual 10%.
Tasa efectiva anual descontando inflación: 13%.
DTF: 12% anual.
Para efectuar los cálculos se elaboraron una serie de modelos sistematizados
que le permitan a la UPME cambiar fácilmente cualquiera de los parámetros que
el analista desee investigar.
8.1
Proceso Colada Continua
Para analizar este proceso, se efectuó la comparación del proceso de cochadas o
moldeo de lingotes contra el proceso de colada continua. La inversión requerida
es de MUS$ 30,4 y para su evaluación se calculó el caso básico con los
parámetros enumerados anteriormente y se analizaron las siguientes
sensibilidades:
-
Financiamiento del 70% de la inversión.
Financiamiento del 50% de la inversión.
Incremento del 30% en la inversión.
15
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
Valor Presente Neto
100000
M$
50000
Caso Básico
Sensibilidad 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sensibilidad 2
Sensibilidad 3
-50000
-100000
Período
Tasa Interna de Retorno
90.00%
80.00%
70.00%
60.00%
50.00%
40.00%
30.00%
20.00%
10.00%
0.00%
Caso Básico Sensibilidad 1 Sensibilidad 2 Sensibilidad 3
Los resultados obtenidos de valor presente neto, tiempo de recuperación de la
inversión y tasa interna de retorno se muestran en los gráficos anteriores.
8.2
Proceso Fundición de Chatarra
Para el análisis de este proceso se compararon los hornos instalados en
Colombia en los años 70, con los hornos existentes hoy en día con nuevas
tecnologías, que conllevan a ahorros de energía del orden del 40%. La inversión
requerida para este cambio se estima del orden de US$620.000.
Sobre el caso básico se efectuaron dos sensibilidades así:
• Financiamiento del 70% de la inversión.
16
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
•
Menor valor de energía eléctrica de $110/Kwh contra $140/Kwh establecida
en el caso básico.
Los resultados de esta valoración se presentan en los gráficos que a
continuación se presentan.
Valor Presente Neto
600
400
200
0
M$
-200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Caso Básico
-400
Sensibilidad 1
-600
Sensibilidad 2
-800
-1000
-1200
-1400
Período
Tasa Interna de Retorno
30.00%
25.00%
20.00%
15.00%
10.00%
5.00%
0.00%
Caso Básico
8.3
Sensibilidad 1
Sensibilidad 2
Hornos de Calentamiento de Palanquilla en el Area de Laminación
17
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
Con el fin de disminuir las pérdidas térmicas y optimizar la eficiencia energética,
se analizaron las siguientes alternativas:
• Cambio de revestimiento del horno con una inversión de M$ 30.
•
Precalentamiento del aire de combustión con una inversión de M$ 200.
• Automatización de los hornos de calentamiento con una inversión de M$ 500.
Con el fin de visualizar las tres alternativas en conjunto, se efectuó el análisis
correspondiente con los siguientes resultados:
Tasa Interna de Retorno:
23,1%
Tiempo de Recuperación de la Inversión:
4 años.
•
Cambio de combustible a gas natural con una inversión de M$ 600.
• Financiamiento del 70% del cambio a gas natural.
Los resultados se muestran a continuación:
Valor Presente Neto
600
400
Revestimiento
200
Precalentamiento
M$
0
Automatización
1
2
3
4
5
6
-200
7
8
9
10
Total
Cambio a GN
-400
Finan cambio GN
-600
-800
Período
18
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
Tasa Interna de Retorno
100.00%
90.00%
80.00%
70.00%
60.00%
50.00%
40.00%
30.00%
20.00%
10.00%
0.00%
Revestimiento
Automatización
Cambio a GN
Siendo los procesos de colada continua, fundición de chatarra y calentamiento de
palanquilla en el área de laminación, los de mayor posibilidad de optimizar, en la
producción y procesamiento de hierro y acero, se analizaron las empresas
encuestadas para determinar la viabilidad tecnológica y económico-financiera de
los proyectos de inversión. Este análisis determina que, con una inversión
aproximada de MUS$ 150, se lograría un ahorro energético de 808 kBEP/año,
equivalentes a MUS$ 22,54 anuales, con índices financieros atractivos para el
inversionista ( VPN-TIR).
9.0
EMISIONES ATMOSFERICAS
La emisión de gases y partículas sólidas a la atmósfera es un parámetro que
sirve para medir la eficiencia de procesos que involucran combustión de
energéticos líquidos, sólidos ó gaseosos, así como del equipo de combustión
utilizado. Para determinar la cantidad de emisiones de la industria metalúrgica, se
tuvo en cuenta los procesos y equipos utilizados por cada una de las industrias
visitadas.
De acuerdo con los cálculos efectuados y el análisis de los energéticos
empleados, son, once las industrias que representan más del 95% del consumo
19
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
total energía. Estas industrias, con sus respectivas emisiones atmosféricas se
discriminan en la siguiente tabla:
Industrias Metalúrgicas de Mayores Emisiones Atmosféricas
en Colombia
Empresa
Código
Cons. C.
kg/h
Cons. E
Gcal/h
CO
kg/h
23
242.817,7
899,1
5.512,5
32
19.051,4
177,7
495,0
Otras
3.222,8
34,9
19
1.582,1
40
CO2
kg/h
Ceniza
kg/h
SO2
kg/h
NOX
kg/h
385.169,2
10.491,4
2.624,4
940,7
49.446,2
1.211,5
183,0
69,1
97,2
9.615,8
55,3
63,1
12,0
16,3
42,1
4.860,9
15,5
47,0
6,2
1.122,6
12,3
21,9
3.322,0
8,0
24,3
4,8
34
909,5
11,6
4,7
2.415,0
1,0
0,2
4,7
33
744,1
9,5
3,8
1.975,9
0,8
0,2
3,9
11
688,5
7,5
13,0
2.011,0
6,7
21,5
3,0
46
650,9
6,7
15,5
2.005,1
6,0
19,5
2,6
35
624,2
7,9
3,2
1.657,6
0,7
0,1
3,2
6
595,0
7,6
3,3
1.580,5
0,7
0,1
3,1
25
588,2
6,0
22,8
1.790,8
7,4
17,6
2,3
Total
272.596,9
1.197,1
6.234,9
465.850,0
11.805,1
3.001,0
1.055,6
Evaluada la tabla anterior se infiere que la mayor producción de SO2 y de cenizas
obedece a la combustión de aceite quemado, crudo de Castilla y fuel oil; los que
sumados al ACPM, son los mayores generadores de CO. Entre tanto los mayores
generadores de Nox provineen de aquellas industrias que utilizan gas natural,
aceite quemado y fuel oil y en menor escala se encuentra el GLP.
10.0
CONCLUSIONES
A continuación se presentan las principales conclusiones que sobre el subsector
del hierro, acero y metales no ferrosos, se pueden extraer del estudio, de las
visitas, de las entrevistas y de la bibliografía consultada, para mejorar tanto en el
consumo energético como en el adelanto tecnológico que éste requiere para
competir eficientemente en condiciones de globalización y mercados abiertos.
♦ Como resultado de la comparación de los indicadores nacionales calculados,
contra los establecidos a nivel internacional, se observa que en nuestra
industria de hierro y acero hay un potencial de ahorro notable debido a la poca
20
REPÚBLICA DE COLOMBIA
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
eficiencia en los procesos de coquería, alto horno y laminación en caliente. En
la industria del aluminio las mayores ineficiencia se originan en los procesos
de fundición y laminación.
♦ A pesar de que en la industria nacional del hierro y acero el índice de
productividad para el periodo 1998-2000, paso de 167 a 204 t/h-año, se
encuentra aún muy por debajo del índice reportado para Latinoamérica de 391
t/h-año.
♦ Se han desarrollado nuevas tecnologías para la conversión del mineral de
hierro, ya probadas suficientemente en acerías de otros países con buenos
resultados. Uno de ellos es la colada continua, en la cual se han encontrado
extraordinarios beneficios al eliminar varios pasos en el proceso de laminación
que requieren altos consumos energéticos.
♦ La cuantificación del ahorro energético potencial del sub-sector, es del orden
de 3.3 millones de barriles equivalentes de petróleo por año, que a precios
actuales de US$ 28/barril representan una economía cercana a los MUS$
92/año en términos de energía. Cifra que ascendería a MUS$ 141 si las
industria operáran a plena capacidad, con inversiones estimadas en MUS$
150.
♦ Mostrando grandes bondades el aprovechamiento de URE, además de bajos
periodos de recuperación de la inversión, debería existir menos aversión a la
inversión, buscando con ello mayores niveles de productividad y por sobre
todo mejores oportunidades de competitividad.
♦ Existe alta dependencia del uso del petróleo y sus derivados, mostrando de
esta forma cierta irracionalidad con la disponibilidad de recursos energéticos.
Así como una baja automatización de los procesos.
♦ La industria nacional del subsector de hierro, acero y metales no ferrosos, es
altamente contaminantes. El mayor aporte de SO2 proviene del gas del alto
horno, seguido del crudo de Castilla y fuel oil. El carbón mineral y el coque
generan la mayor producción de CO y cenizas. Por su parte el gas natural y el
del alto horno son los mayores generadores de NOx.
21
REPÚBLICA DE COLOMBIA
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UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA
ANEXO ESTADISTICO
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