Evaluación económica de un secador solar para madera

Economic assessment of a wood solar dryer

Juan Quintanar Olguín ¹*, Martha Elena Fuentes López ¹ y Juan Carlos Tamarit Urías ¹

¹ CE, San Martinito Tlahuapan. CIR-GOC.INIFAP. *Correo-e: quintanar.juan@inifap.gob.mx

RESUMEN

En el proceso de elaboración y transformación de la madera, el secado es la fase que mayor tiempo y energía consume. Ante la elevada inversión en infraestructura y los altos costos de los energéticos para los secadores convencionales ha sido necesario buscar alternativas viables y de bajo costo para dicha actividad. Una de ellas es el aprovechamiento de la energía calórica mediante el diseño de secadores solares. Normalmente la rentabilidad de uno de estos aparatos depende del costo total del colector, por lo que la tendencia es hacia la simplicidad, que disminuirá al máximo el gasto inicial en infraestructura y de operación, para incrementarla. Además, con el desarrollo de materiales baratos y de buen comportamiento en aplicaciones solares, como los plásticos, es más eficiente utilizar este tipo de insumo para el secado de madera. En el estudio que se describe a continuación se realizó la evaluación económica de un secador solar tipo invernadero. Se calculó el valor actual o flujo de efectivo descontado, el periodo de retorno de la inversión y su rentabilidad. El costo del proceso de secado solar por carga es de $17,675.00, que al comercializar la madera genera un ingreso de $43,000.00 y una utilidad de $25,325.00. El ingreso anual es de $215,925.00. La recuperación de la inversión se logra al terminar la cuarta carga de secado, con una rentabilidad del 240%.

Palabras clave: Análisis económico, flujo de efectivo descontado, madera de encino, rentabilidad, retorno de la inversión, secador solar.

ABSTRACT

In wood manufacturing and its processing, drying is the greatest time and energy consuming phase. From the high infrastructure investment and energy costs of conventional dryers, it was necessary to find viable alternatives to dry wood at low cost. One of them is calorific energy through solar dryers. Normally the profitability of a solar dryer depends on the total cost of the collector, so the trend in the design of solar dryers is towards simplicity, in order to reduce the infrastructure investment and operating costs to the maximum, and thus to increase their profitability. Therefore, low cost materials with good performance in solar applications, such as plastics, favor the possibility of using solar energy in wood drying. In this study was carried out the economic evaluation of a greenhouse type solar dryer; the present or current value or discounted cash flow was calculated as well as the investment return period and its profitability. The solar drying process cost by load is MEX$ 17,675.00, which when commercializing the wood generates an income of MEX$ 43,000.00 and a utility to MEX$ 25,325.00 M.N. Annual income is $ 215,925.00. Investment recovery is achieved at the end of the fourth drying load with a profitability of 240%.

Key words: Economic analysis, discounted cash flow, oak wood, profitability, investment return, solar dryer.

INTRODUCCIÓN

En el proceso de elaboración y transformación de la madera, el secado consume el mayor tiempo y energía. Ante la elevada inversión en infraestructura y combustible para los secadores convencionales ha sido necesario buscar alternativas viables a un bajo costo. Una de ellas es el aprovechamiento de la energía solar para optimizar el uso del aire libre.

La principal ventaja del secado solar, comparada con otras modalidades, se basa en la fuente de energía empleada, pues la que procede de la vía de energéticos como el petróleo tiene un alto costo, que es variable en el tiempo; en contraste, al utilizar la radiación solar, el valor de este factor es sumamente bajo.

Para evaluar la factibilidad económica de invertir en un secador solar o para definir el tipo de secador más rentable se deben tomar en cuenta diversos aspectos:

a) Las ventajas que ofrece la incorporación del proceso de secado al ciclo productivo, para mejorar el valor agregado y considerar posibilidades de industrialización o aumentar el volumen disponible de materia prima a un contenido de humedad adecuado para su transformación.

b) La eficiencia del secado solar respecto al secado al aire libre o al secado convencional y la importancia de esta tecnología para mejorar la calidad de la materia prima.

c) El uso de los secadores solares permite aprovechar la mano de obra local y los materiales del lugar. Estos hechos, en la medida en la que los prototipos se generalizan, favorecen el desarrollo regional ya que generan empleo en los niveles básicos de la industrialización.

Algunos elementos técnicos a considerar para confrontar la eficiencia del secado solar en relación al secado al aire libre son:

• Posibilidades de que la madera alcance una humedad final (Hf) < a 12%, y con ello poder utilizarla en productos de alto valor agregado.

• Temperaturas apropiadas para el secado de maderas difíciles de secar (T < a 60 °C).

• Los tiempos de secado son más cortos y controlados que en el secado al aire libre, lo que favorece la calidad del producto.

• Mayor independencia de las condiciones meteorológicas.

Por lo tanto, para evaluar la rentabilidad del secado solar se requiere que la comparación con la alternativa convencional se establezca bajo condiciones reales, esto es, en un esquema de uso comercial. El resultado indicará el costo de secado por m³ de madera y, por supuesto, la discrepancia de costos de cada método. Así, la inversión inicial en un secador solar es menor, o a lo sumo, igual a un secador convencional del mismo volumen, por lo que la diferenciación está en los costos de la energía para llevar a cabo el proceso, con tiempos menores de amortización (Corvalán, 1985; Viehbeck, 1999).

Referente a la evaluación económica del secador solar, Lumley y Choong (1979) determinaron que los costos por pie tabla de madera de encino equivalen a la mitad del que se tiene con en el secado convencional. El primero estuvo constituido por 44% de los materiales de construcción y 56% por la mano de obra empleada. Pero a niveles de producción de 59 m³ (25 millares de pies tabla), el valor de la inversión es semejante y la diferencia se debe básicamente al combustible y al ahorro de energía eléctrica para los ventiladores.

La baja inversión y el reducido consumo de energía del secado solar redundan en una disminución entre 40 y 50% de los costos totales para secar madera de eucalipto (Weiis y Buchinger, s/f). Fuentes (1996) determinó una relación beneficio/costo para secado solar de madera de encino de 3.63, ligeramente mayor que la obtenida para el secado convencional, pero con un mayor margen de ganancias y la generación de contaminantes como ganancia ambiental no cuantificada.

Harpole (1988) propuso dos ecuaciones para estimar la máxima inversión económica (MIE) y los requerimientos de capital de trabajo (RCT) en un sistema de secado solar con capacidad para 14-22.7 m³ (6-9.6 millares de pies tabla). La máxima inversión económica se estimó, por facilidad, mediante las diferencias en el valor capitalizado de la madera verde y el costo de secarla.

MIE = Ccs{[(Vu-5)*0.025]+1}*[1.364(Qs/Ts)-738]

Donde:

Ccs = Capacidad de carga del secador solar

Vu = Vida útil del secador solar

Qs = Costo del secador

Ts = Tiempo de secado en día

Qmv = Costo de la madera verde

Una forma de obtener la factibilidad económica de un secador solar es a partir del cálculo del ahorro al utilizar una instalación solar frente a una alternativa de secado convencional (Corvalán, 1985). Otro escenario se presenta cuando se desea conocer la factibilidad de un secador solar como única opción de secado. En este caso se sugiere basarse en el valor presente o flujo del efectivo descontado, que determina si el valor actual de los flujos esperados justifica la inversión inicial (Quintanar, 1992).

El atractivo económico de una inversión potencial en energía solar para procesos industriales se puede determinar mediante la comparación del precio de la energía solar con el del combustible fósil, ambos expresados en términos nivelados. Esto requiere del cálculo de la tasa interna de retorno de la inversión solar o, en algunos casos, la tasa de crecimiento de retorno (Dickinson y Brown, 1981).

Villatoro (2005) propone para estimar la rentabilidad de la inversión (RI) en un secador solar:

Por otro lado, como la inversión total en un secador solar depende del costo total del colector la tendencia de los diseños ha sido hacia la simplicidad, para disminuir al máximo la inversión en infraestructura y los costos de operación. El objetivo de este trabajo fue realizar un análisis económico de la instalación y operación de un secador solar, con madera de encino.

MATERIALES Y MÉTODOS

La evaluación se practicó a un secador tipo invernadero, en el cual el colector de 30 m² forma parte de la cámara de secado (Figura 1), que está recubierta por polietileno transparente calibre 720, con tratamiento especial para rayos ultravioleta (UV), y el movimiento del aire se realiza por medio de dos ventiladores eléctricos de baja potencia (Quintanar, 2005 y Quintanar, 2010). La determinación de los tiempos de secado y productividad del secador (número de cargas por año) se hizo para madera aserrada de encino de 2.54 cm (1") de espesor.

Donde:

Vp = Valor presente de los flujos totales futuros

Ij = Ingresos en el carga j-esima

Gj = Gastos realizados en el secador solar en la carga j-esima

n = horizonte de planeación

i = Tasa de descuento

El periodo de recuperación de la inversión, se calculó con la siguiente fórmula:

La rentabilidad de la inversión del secador solar se determinó con la ecuación:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los datos que se presentan en este estudio se obtuvieron a partir de un volumen de 6.9 m³ (2500 Pt) de madera de encino secada por carga en un secador solar. El tiempo promedio de secado fue de 34 días y al tomar en cuenta los tiempos para cargar y descargar la estufa, así como los de mantenimiento e imprevistos se pueden realizar, en promedio, nueve cargas de secado de encino al año, con el secador solar (Quintanar et al. , 2009).

Como en el mercado nacional no existe un valor de referencia del precio de venta de la madera aserrada verde de encino, este se calculó con base en el precio medio de la madera en rollo, agregándole el costo de producción de la madera aserrada y un sobreprecio, que corresponde a la utilidad de la industria (Cuadro 1). De tal manera que el precio medio final por pie tabla de la madera aserrada verde mil-run es de $5.00, aproximadamente.

En función del tiempo y de los insumos utilizados para el secado de la madera (energía eléctrica, depreciación del equipo, volumen de madera secada, salarios por carga, descarga, apilado y mano de obra, valor del terreno y costo de administración) según la metodología empleada por Fuentes (1996), el costo de secado se determinó en $2.05 por pie tabla (Cuadro 2). Este es menor en 30% al costo del secado convencional de encino consignado por Zaragoza (2008) y acorde a la diferencia de costos de secar madera en estufa convencional y secador solar, referidos por Sattar (1994), aun cuando Álvarez y Fernández (1990) mencionan que la energía para el secado solar solo representa un décimo de los costos del secado convencional.

Los gastos para llevar a efecto el proceso de secado de una carga de madera de encino ascienden a un total de $17,625.00 y un costo de instalación de un secador solar de $65,000.00. Tradicionalmente, la venta de madera seca se hace a través de intermediarios bajo el esquema de calidad mill-run; un precio común que estos ofrecen es de $17.20 por pie tabla. Al comercializar la madera procedente de un secador solar bajo este esquema, produce un ingreso de $43,000.00, lo que implica una utilidad de $25,325.00 por carga de secado, sin considerar el costo del secador.

Al aplicar la fórmula del Valor Presente (VP) ó Flujo de Efectivo Descontado (FED) con los datos del Cuadro 3, se generan los resultados consignados en el Cuadro 4. El horizonte de planeación es de 5 años (vida útil promedio del secador solar), con un uso intensivo (realización de 9 cargas por año), un gasto de mantenimiento anual de $12,000.00 (sustitución de la cubierta de polietileno transparente) y una tasa de descuento anual del 8%. El ingreso anual es de $215,925.00 y un valor presente al final del horizonte de planeación igual a $1,019,163.51. Todo bajo la consideración de secar madera de encino y con un uso de tiempo completo del secador solar (9 cargas al año).

Con los ingresos netos del primer año de uso del secador y al aplicar la fórmula (1), se estima un valor de 0.414, que significa una recuperación en menos del año. La carga se calcula con la siguiente operación:

RI = 0.414 * 9 = 3.72

Donde:

RI = rentabilidad de la inversión

El valor obtenido indica que la recuperación se logra al terminar la cuarta carga de secado, en el secador solar, que de utilizarse tiempo completo, esto sería aproximadamente a los 4.5 meses a partir de la inversión. Los resultados concuerdan con el periodo de recuperación de aproximadamente un año, descrito por Sattar (1994) para secadores solares pequeños. Villatoro (2005) destaca un periodo de recuperación de la inversión de 6 meses, cuando los secadores solares son utilizados para el deshidratado solar de manzana. A nivel industrial, Little (1984) señala un periodo de amortización menor a 5 años, para un secador solar con capacidad de 50,000 PT.

La recuperación de la inversión y su respectiva rentabilidad son posibles que se registren en el presente trabajo, bajo el supuesto de que el secador funcionará a su máxima capacidad y todo el tiempo; de lo contrario, al igual que los secadores convencionales, estarán siendo subutilizados y generarán pérdidas económicas.

CONCLUSIONES

El valor presente de los flujos es positivo desde el primer año de uso, por lo que, se recomienda utilizar los secadores solares en el secado de madera. El periodo de recuperación de la inversión en el secado solar se logra al secar la cuarta carga de madera.

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