ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RESIDUOS COMO COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS EN LOS HORNOS DE LA FÁBRICA NACIONAL DE CEMENTO S.A. FANCESA

1 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1 1.1 INTRODUCCIÓN 1 1.2 ANTECEDENTES Y MARCO CONTEXTUAL 2 1.3 SITUACIÓN PROBLÉMICA 3 1.3.1 Formulación del problema 3 1.4 JUSTIFICACIÓN 4 1.4.1 Justificación técnica 4 1.4.2 Justificación económica 5 1.4.3 Justificación socioambiental 5 1.5 CAMPO DE ACCIÓN Y ALCANCE TEMÁTICO 6 1.6 METODOLOGÍA 6 1.7 OBJETIVOS 7 1.7.1 Objetivo general 7 1.7.2 Objetivos específicos 7 2 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Y CONTEXTUAL 8 2.1 MARCO TEÓRICO 8 2.1.1 Características principales del proceso de producción de cemento 8 2.1.2 Descripción de aspectos generales del clínker y sus componentes 9 2.1.3 Importancia y demanda energética del piroproceso en la industria del cemento 12 2.1.4 Combustibles tradicionales usados los hornos de la industria cementera 14 2.1.5 Características físico químicas de los combustibles convencionales usados en la industria 15 2.1.6 Aplicación de los combustibles alternativos en la industria del cemento 17 2.1.7 Características de los residuos aptos para combustibles alternativos 18 2.1.8 Criterios técnicos para el uso de combustibles alternativos en hornos de la industria cementera 20 2.1.9 Límites recomendados de compuestos no deseados 21 2.2 MARCO CONTEXTUAL 22 2.2.1 Contexto internacional de aplicación de combustibles alternativos en industrias cementeras 22 2.2.2 Legislación para la disposición de residuos 25 2.2.3 Residuos prohibidos para su coprocesamiento y recuperación energética 26 2.2.4 Normativas nacionales para la incineración de residuos 27 2.2.5 Normativa para emisiones de combustión de sólidos, líquidos y gases 29 2.2.6 Sistemas de control de operación en el proceso de producción de cemento 32 2.2.7 Puntos recomendados para la adición de combustibles alternativos en plantas de cemento 33 3 CAPÍTULO III METODOLOGíA 35 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 35 3.1.1 Enfoque cualitativo 35 3.1.2 Enfoque cuantitativo 36 3.2 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN 36 3.2.1 Métodos teóricos 36 3.2.2 Método deductivo 37 3.2.3 Métodos empíricos 37 3.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS 39 4 CAPÍTULO IV DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 40 4.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE APLICACIÓN DEL ESTUDIO 40 4.2 LÍNEA DE CALCINACIÓN POLYSIUS 41 4.3 PRODUCCIÓN Y CONSUMO ENERGÉTICO DEL HORNO POLYSIUS 42 4.4 CONSUMO CALÓRICO REQUERIDO EN EL PRE CALCINADOR 43 4.5 DIAGNÓSTICO DEL TIPOS Y CANTIDAD DE RESIDUOS GENERADOS EN EL MUNICIPIO DE SUCRE 44 4.5.1 Clasificación y cantidad de residuos generados en el municipio de Sucre 44 4.6 POTENCIAL DE RECUPERACIÓN DE LOS RESIDUOS URBANOS APTOS PARA EL USO COMO COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS 46 4.7 POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS CDR POR MES Y POR AÑO 47 4.8 PORCENTAJE DE SUSTITUCIÓN ENERGÉTICO EN EL CALCINADOR SLC POR CDR 48 4.9 AHORRO ECONÓMICO POTENCIAL 49 4.10 ESTIMACIÓN DEL CARBONO NEUTRAL 51 4.11 EQUIPAMIENTO REQUERIDO PARA LA ADICIÓN DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS 51 4.11.1 Balanza camionera 52 4.11.2 Hangar 52 4.11.3 Tolva y cinta de alimentación 52 4.11.4 Separación 52 4.11.5 Trituración y acondicionamiento 52 4.11.6 Transporte y secado 53 4.11.7 Sistema de inyección 53 4.12 PROPUESTA DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS 53 4.12.1 Plano frontal de la torre SLC y DOPOL de la línea Polysius 54 4.12.2 Plano posterior de la torre SLC y DOPOL de la línea Polysius 56 4.12.3 Plano de vista vertical y horizontal 57 4.13 PROCEDIMIENTO PARA EL ACOPIO DE CDR EN LA FÁBRICA FANCESA 59 4.13.1 Socialización. 59 4.13.2 Recolección de la materia prima (Residuos Urbanos) 59 4.13.3 Acopio y pre acondicionamiento de los residuos urbanos 59 4.13.4 Adquisición de los CDR pre acondicionados por FANCESA 60 4.14 COTIZACIÓN PRESUPUESTARIA DEL SISTEMA DE VALORIZACIÓN DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS 61 5 CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 62 5.1 CONCLUSIONES 62 5.2 RECOMENDACIONES 63 6 BIBLIOGRAFÍA 64   INDICE DE FIGURAS Figura 2 1 Torre de ciclones, calcinador y horno. 13 Figura 2 2 Horno De Clinker. 14 Figura 2 3 Mezcla de residuos para la adición como combustibles alternativos 25 Figura 2 4 Lineamientos recomendados para la gestión de residuos. 26 Figura 2 5 Sistema de control SCADA ECS/Processexpert® De Lfsmidth. 33 Figura 2 6 Puntos de alimentación de combustibles alternativos en una planta de cemento. 34 Figura 4 1 Ubicación de los predios de la fábrica de cemento FANCESA. 40 Figura 4 2 Sistema de calcinación línea Polysius. 41 Figura 4 3 Propuesta de distribución de los equipos 54 Figura 4 4 Plano frontal torre DOPOl y SLC 55 Figura 4 5 Vista posterior de la torre Dopol y SLC 56 Figura 4 6 Plano de vista vertical de la línea Polysius 57 Figura 4 7 Vista del plano de planta linea Plolysius. 58 Figura 4 8 Flujograma de la logística del proceso propuesto 60   INDICE DE TABLAS Tabla 2 1 Componentes requeridos en la materia prima para la producción de clínker. 10 Tabla 2 2 Compuestos del clínker y sus características. 11 Tabla 2 3 Detalle de las etapas y temperaturas en el proceso de clinkerización. 12 Tabla 2 4 Características de los combustibles convencionales. 15 Tabla 2 5 Características y tipos de residuos comunes. 19 Tabla 2 6 Poder calorífico de combustibles alternativos. 20 Tabla 2 7 Normativa y temática que abarca. 27 Tabla 2 8 Límite máximo de emisión por industria 29 Tabla 2 9 Límite de emisión de combustión externa a partir de combustibles sólidos y líquidos. 30 Tabla 2 10 Norma de emisión de combustión externa a partir de combustibles gaseosos. 31 Tabla 2 11 Concentración de emisiones para los diferentes grupos de sustancias 31 Tabla 4 1 Producción y consumo de gas del horno Polysius gestión 2020. 42 Tabla 4 2 Consumo energético del horno Polysius. 43 Tabla 4 3 Recolección de residuos sólidos en la ciudad de sucre, 2020 – 2024 (en toneladas) 45 Tabla 4 4 Residuos sólidos recolectados en Sucre Bolivia, según tipo de procedencia, 2023. 45 Tabla 4 5 Potencial de recuperación de CDR. 46 Tabla 4 6 Estimación del potencial energético de los CDR en millones de Kcal 47 Tabla 4 7 Potencial de sustitución energética en el calcinador SLC Polysius. 49 Tabla 4 8 Cálculo del costo del gas natural consumido en la línea Polysius en la gestión 2020 49 Tabla 4 9 Costo de acondicionamiento de los CDR 50 Tabla 4 10 Cálculo de carbono neutral 51 Tabla 4 11 Detalle de los ítems de la cotización 61

Los hornos en la industria cementera son grandes consumidores de energía térmica, la cual, en la Fábrica Nacional de Cemento S.A. (FANCESA), se obtiene únicamente de la combustión de gas natural. Sin embargo, a nivel global, esta industria avanza hacia el uso de combustibles alternativos, con el fin de reducir la dependencia de fuentes fósiles convencionales. En este contexto, se realizó un estudio en la planta de FANCESA, ubicada en el municipio de Sucre, con el objetivo de evaluar la viabilidad del uso de Combustibles Derivados de Residuos (CDR). Se inspeccionaron las tres líneas de producción de clínker, identificando la línea Polysius como la más adecuada para este análisis. La investigación incluyó una revisión bibliográfica, recopilación de datos estadísticos, un estudio cualitativo y cuantitativo del funcionamiento del horno Polysius, así como del potencial energético de los residuos sólidos urbanos generados en Sucre. Los resultados indican que es posible recuperar aproximadamente 24.644 toneladas de CDR al año, equivalentes al 33% de los residuos urbanos del municipio. Este volumen representa un potencial energético estimado de 88.719 millones de kilocalorías anuales, lo que permitiría sustituir hasta el 62% del gas natural utilizado en la torre con Sistema Lineal de Calcinación (SLC) del horno Polysius. Esto se traduciría en un ahorro económico de alrededor de 5,95 millones de bolivianos por año. Además, se identificó el calcinador como el punto óptimo para la inyección de CDR, tanto por sus condiciones técnicas como por su impacto positivo en la operación del horno. También se verificó la disponibilidad de espacio al oeste del horno Polysius para la instalación de los equipos necesarios. Según una cotización de la empresa AUMUND, la implementación del proyecto tendría un costo estimado de 1,9 millones de euros. En conclusión, la valorización energética de residuos mediante su uso como CDR en la línea Polysius de FANCESA es técnica y económicamente viable, aportando beneficios significativos en términos operativos, económicos y ambientales, tanto para la empresa como para la comunidad de Sucre.