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Determinación de la Eficiencia Determinación de la Eficiencia Energética del Subsector Energética del Subsector

Industrial de Ladrillo, Vidrio y Industrial de Ladrillo, Vidrio y CerámicaCerámica

Unidad de Planeación Minero Energética

Octubre de 2001Octubre de 2001

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO-ENERGÉTICA

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RESUMEN DE LA INVESTIGACION

DETERMINACION DE EFICIENCIA ENERGETICA EN EL SUBSECTOR INDUSTRIAL COLOMBIANO DE LADRILLO,

VIDRIO Y CERAMICA INTRODUCCIÓN Desde hace mucho tiempo, un propósito fundamental de la prospectiva energética ha sido estudiar las causas que definen el crecimiento de la demanda de energía. Los trabajos realizados en ese sentido se han abordado en forma agregada, a través del estudio de correlaciones temporales entre la demanda de energía y la actividad económica en términos de Producto Interno Bruto (PIB). En opinión de muchos expertos, tales correlaciones deben complementarse, pues el grado de dependencia de las variables puede cambiar considerablemente en función de cada país, del sector productivo o del entorno temporal considerado. Los factores que contribuyen a establecer estas diferencias son diversos: el precio de los energéticos, el progreso tecnológico, los programas de eficiencia energética, los niveles de bienestar, la movilidad de los consumidores particulares y otros. Todos esos factores evolucionan y condicionan la eficiencia en el uso de energía y por ende la demanda total. Esto sugiere la necesidad de evaluar y estimar índices representativos de eficiencia energética y de configurarlos como una guía en la evolución de la demanda de energía y como instrumentos para mejorar la competitividad. En este documento se abordan estos temas en el campo de tres industrias de gran importancia para el crecimiento económico nacional, por cuanto inciden directamente en el sector de la construcción, el mayor generador de empleo. Estas industrias son la del ladrillo, las del vidrio y la industria de la cerámica1. Las tres industrias, agrupadas en un solo subsector, consumen cerca del 6% de la energía total del sector industrial. Tienen una gran importancia desde el punto de vista energético, pues utilizan una gran variedad de tecnologías en sus procesos

1 En la clasificación de la Olade para el sector industrial, se encuentra el subsector Piedra, vidrio y cerámica, en el que se agrupan las tres industrias, en razón de la similitud con que las tres utilizan de manera intensiva la energía ara producir calor directo. El ladrillo, junto con la cal, conforman la industria de la piedra. En este documento se habla entonces del subsector Ladrillo, vidrio y cerámica.



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de producción: hornos y secadores muy variados, y emplean toda la gama de energéticos que tiene actualmente el país: energía eléctrica, carbón, gas y líquidos como el fuel oil o combustóleo, el crudo de Castilla y en algunas ocasiones ACPM. También emplean otros crudos y queroseno. De allí que si estas industrias carecen de una tecnología moderna en su operación, se tiende a una gran ineficiencia energética, lo que a su vez implica un desperdicio muy perjudicial de energía, que les genera mayores costos y hace a las empresas, en algunas ocasiones, no competitivas. Una tecnología obsoleta o artesanal en estas industrias produce, además de la baja eficiencia energética, un fuerte impacto sobre el medio ambiente, ya que una mala combustión genera una alta contaminación ambiental. Pues bien. Debe recordarse que desde el comienzo de la era industrial, los mayores ahorros de energía se han conseguido mediante modificaciones en los procesos productivos, aunque se pueden hacer importantes ahorros de energía mediante mejoras de aislamientos, técnicas de recuperación de energía residual, empleo de energías alternativas y otras técnicas que permitan mejorar la eficiencia de los equipos instalados. Por esto, el Estudio para la determinación de la eficiencia energética en el subsector industrial de ladrillos, vidrios y cerámicas colombiano [2000], que ahora se resume, enfoca gran parte del diagnóstico del subsector en el proceso productivo de cada industria que lo compone.2 El estudio tiene por objetivo promover estrategias de uso eficiente de la energía que aseguren la máxima satisfacción de los servicios energéticos a nivel de usuarios finales a costos razonables y con el mínimo impacto ambiental. Por ello, la Unidad de Planeación Minero Energética, Upme, emprendió el análisis y la determinación de indicadores energéticos y ambientales del subsector mencionado. Realizó para ello una evaluación comparativa, con rangos de consumo específico internacionales y con posibilidades de reducción de emisiones mediante la mejora de la eficiencia energética. El resumen que ahora se entrega comienza con la descripción de los elementos de análisis estadístico, en especial, los de la muestra de la industria ladrillera. Los siguientes capítulos abordan cada una de las industrias estudiadas, en varios aspectos: en el diagnóstico, se tratan los consumos específicos de energía, su comparación con los rangos internacionales de consumo y las emisiones de contaminantes. Luego, se presentan los potenciales de ahorro de energía por industria y por último se presentan algunas recomendaciones de orden tecnológico.

2 El estudio en mención es resultado de una consultoría contratada por la Upme a Hernando Santa Cruz Melo. Existe también un resumen ejecutivo, que sirvió de base para la elaboración de este cuaderno.



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Al final del documento se presentan unas conclusiones generales para el subsector Ladrillos, vidrio y cerámica. ELEMENTOS DEL ANÁLISIS ESTADÍSTICO El subsector Ladrillo, vidrio y cerámica del país está formado por 164 empresas de mediano y gran tamaño. Ese número de empresas conformó el universo de estudio, definido de acuerdo con la información suministrada por el Dane (Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas), la Andi (Asociación Nacional de Industriales), Acopi (Asociación Colombiana de Pequeños Industriales), Anfalit (Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillos y Derivados de la Arcilla) y Cecodes (Consejo Empresarial para el Desarrollo Sostenible). De esas industrias, 142 son productoras de ladrillo (61 grandes y 78 medianas), 13 producen vidrio y 9, cerámica. Para desarrollar el estudio, se encuestó el universo de las empresas de vidrio y cerámica, con el objetivo de obtener índices e indicadores más precisos. En el caso de la industria del ladrillo, se tomó una muestra probabilística estratificada de las empresas. Los estratos se establecieron de acuerdo con dos elementos de cada empresa: Su tamaño y la región a la que pertenece (véase cuadro 1). A partir de la metodología aplicada para la estratificación y la selección de la muestra en la industria del ladrillo, se obtuvo el siguiente resultado: 27 fabricas distribuidas en las regiones Atlántica, Suroccidental, Central, Oriental y Noroccidental. Se incluyeron algunos casos especiales: Ladrillera Santa Fe, Erecos y Materiales Industriales, por su tecnificación, capacidad de producción, proceso, materias primas y temperaturas de operación. En el cuadro 1 se presenta, para cada uno de los estratos construidos en la industria del ladrillo, el universo de fabricantes, actualizado a la fecha de realización del estudio; la muestra seleccionada y la muestra encuestada, el factor básico de expansión, el factor de ajuste por no respuesta y el factor final de expansión. La muestra diseñada y seleccionada permite inferir y expandir resultados a escala nacional, con una precisión observada de 93,4%. Por último, aunque el estudio podía generar diferentes indicadores estadísticos, se estableció un indicador guía para el análisis en todo el subsector: El consumo específico o cantidad de energía utilizada por tonelada de producto (MJ/ton).

Cuadro 1. Industria del Ladrillo. Resumen de Análisis Estadístico



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Tamaño

Región

Universo

Muestra

Factor Básico de Expansión

(a)

Factor Ajuste no

Resp. (b)

Factor Final

Expansión (c)

Seleccion. Encuesta. SurOcciden. 5 1 1 5.0 1.0 5.0

Centro 29 6 6 4.8 1.0 4.8 Orient./Atlán. 16 3 3 5.3 1.0 5.3 Noroccidente 11 2 2 5.5 1.0 5.5

Grandes

Subtotal 61 12 12 SurOcciden. 12 2 1 6.6 2.0 12.0

Centro 35 6 5 5.8 1.2 7.0 Orient./Atlán 13 2 2 6.5 1.0 6.5 Noroccidente 18 3 3 6.0 1.0 6.0

Medianas

Subtotal 78 13 11 LG-13-14-ES 2 2 2 1.0 1.0 1.0

LG-15-ES 1 1 1 1.0 1.0 1.0 LG-16-ES 1 1 1 1.0 1.0 1.0 TOTAL 143 29 27

(a) Universo/muestra (b) Seleccionda/encuestada (c)x(b)

INDUSTRIA DEL LADRILLO DIAGNÓSTICO Hasta hace unos pocos años, la industria ladrillera en Colombia tenia un considerable atraso con respecto a los estándares internacionales. Con la ultima bonanza de la construcción, experimentada a principios de la década del 90, los industriales tuvieron que tecnificar sus procesos, con el objeto de aumentar la capacidad de producción y la calidad de sus productos y de rebajar costos de producción. Esta tecnificación se basó en lo siguiente: 1. Uso de maquinas de extrusión de mayor capacidad y eficiencia. 2. Cambio de los secaderos naturales por los artificiales, que presentan mayores

niveles producción y capacidad de recuperación de calor proveniente del horno. 3. Instalación de hornos más eficientes (intermitentes, Hoffmann y Túnel), que

consumen menos energéticos y tienen mayor capacidad de producción.



5

Con esta posibilidad de progreso y modernización, la eficiencia energética en los procesos de cocción mejoró hasta en una tercera parte. Sin embargo, aún se tienen grandes potenciales de ahorro en la industria ladrillera, a partir de cambios tecnológicos y/o de sustitución de combustibles. Esas perspectivas modernizadoras contrastan con la fuerte recesión que atraviesa el sector de la construcción, derivada de la actual crisis económica del país. En 1999, el aporte de la construcción al PIB nacional disminuyó en un 20%, con respecto a 1998. A eso se agrega el efecto combinado de los bajos precios del ladrillo y el incremento excesivo del precio de los energéticos en el último año (cerca del 200% para el Crudo de Castilla y del 85% para el fuel oil, con respecto a diciembre de 1998). Los bajos precios y el incremento mencionados han conducido a las fabricas a que operen entre el 45% y el 50% de su capacidad. La fuerte recesión también ha obligado a la industria ladrillera a retroceder al uso de combustibles y de tecnologías menos eficientes, por su bajo precio. Así entonces, la industria ladrillera se encuentra funcionando a pérdida o en su punto de equilibrio. Además, se han cerrado muchas empresas y han quedado sin empleo sus trabajadores, en esta, una industria caracterizada por ser muy intensiva en el empleo de mano de obra semicalificada y no calificada. Consumo específico de energía Recopilada la información y calculado el factor de expansión en el análisis estadístico, se obtuvieron para el sector ladrillero el consumo específico promedio en las áreas eléctrica, térmica y otras y el promedio total nacional. Los resultados se muestran en la gráfica 1 (véase cuadro 1 del anexo). Análisis Comparativo del Consumo Específico Nacional con Indices Internacionales3 El consumo específico de energía eléctrica se refiere al consumo en el funcionamiento de motores, ventiladores, maquinaria e iluminación. El cuadro 2 muestra que la mediana y gran industria nacional tienen consumos específicos menores que los reportados internacionalmente. Cuadro 2. Industria ladrillo. Consumo específico de electricidad

3 Las industrias del ladrillo y la cerámica incluyen en sus procesos de producción las técnicas de secado y cocción. La industria del vidrio incluye la fusión, el conformado, el requemado y otras. Estas técnicas tienen un común denominador: el uso de hornos como equipo fundamental. Por ello se investigaron, en el ámbito internacional, los patrones de consumo energético para esta tecnología.



6

Gráfica 1.

Consumo Específico Promedio. Participación por Tipo de Energía

E. Térmica86%

Otras9%

E. Eléctrica5%

Cuadro 2.

Consumo Específico de Electricidad MJ/ton

Tamaño de empresas Nacional Rango internacional

Medianas y grandes 128 150-180 El cuadro 3 presenta la comparación del consumo específico de energía térmica, con rangos internacionales, para cada tipo de horno utilizado en la industria del ladrillo. El indicador corresponde a la energía térmica utilizada en los hornos (proceso de cocción), por tonelada de producto y depende básicamente del tipo de horno. Puede observarse que el consumo específico nacional de energía térmica es similar y en algunos casos inferior al reportado internacionalmente y que los hornos más ineficientes energéticamente son los hornos tipo periódicos (que incluyen hornos tipo Llama dormida, tipo Colmena y tipo Pampa).

Cuadro 3.

Consumo Específico de Energía Térmica por Tipo de Horno. MJ/ton

Tipo de horno Consumo nacional Rango internacional



7

Túnel 1.520 1.400 – 1.600 Hoffmann 1.867 2.000 – 3.000 Intermitente 1.537 1.800 – 2.000 Periódicos 4.165 1 3.600 – 4.500

1: Este valor corresponde al promedio de los hornos periódicos (Pampa, Llama dormida y Colmena) y se compara con valor internacional para hornos Pampa, que es el más eficiente de los tres.

Aunque el consumo específico de energía de los hornos periódicos se encuentra dentro del rango internacional, tales hornos no son recomendables desde el punto de vista energético, pues su consumo equivale a seis veces el consumo de un horno Túnel, que tiene el menor consumo específico. Emisión de Contaminantes El cuadro 4 resume las emisiones de contaminantes de la industria ladrillera en las cinco regiones y se comparan con el nivel de producción en cada región. Se incluyen los casos especiales. La comparación de los porcentajes de participación de emisiones en la producción, calculados aquí como la relación entre las emisiones y la producción (entregadas en toneladas), muestra que la generación relativa más baja de monóxido de carbono (CO) se presenta en los casos especiales.

Cuadro 4. Emisión de Contaminantes por Uso de Energéticos.

Regiones y Casos Especiales.

Suroccidente Noroccidente Orient/Atlántico Centro Casos Especiales Ton/mes Emisión Ton/mes Emisión Ton/mes Emisión Ton/mes Emisión Ton/mes Emisión Producción 16.500 79.732 36.720 166.175 59,725 Emisión CO 377 0,0228 768 0,0096 339 0,0092 644 0,0039 122 0,0020 Emisión SO2 10 0,0006 105 0,0013 90 0,0024 189 0,0011 75 0,0013 Emisión NOx 10 0,0006 30 0,0004 12 0,0003 36 0,0002 13 0,0002 Emisión de Partículas

153

0,0093

675

0,0085

204

0,0055

717

0,0043

121

0,0020

Esto obedece a que en esas empresas se tienen mejores procesos, materias primas y temperaturas de operación y una adecuada tecnología. Mientras menor es la emisión de CO, mayor es la eficiencia en la combustión y, por tanto, menor el derroche de energía en los humos de escape. De igual manera, es menor la emisión de material particulado a la atmósfera.



8

Por su parte, la región Suroccidente tiene, en promedio, el proceso de combustión más ineficiente del país, debido a que tiene un carbón de calidad inferior al de la meseta cundiboyacense. Ahora bien, con el fin de comparar emisiones en la industria ladrillera, se hizo un análisis en el que se combinan tecnologías y combustibles, que se resume en la gráfica 2. Aquí puede verse la importancia de este tipo de análisis, si se pretende obtener conclusiones válidas sobre eficiencia energética y/o impactos ambientales. Con este análisis se puede visualizar que cuando una industria ladrillera utiliza tecnologías modernas (hornos Túnel) con combustibles líquidos se producen índices de desempeño ambiental hasta cuatro veces mejores que los de una empresa que usa tecnología ineficiente (hornos Pampa y Colmena) y combustible sólido. Este puede llegar a ser un criterio importante para la toma de decisiones en materia de tecnología de proceso, cuando se internalicen los costos ambientales asociados. POTENCIAL DE AHORRO DE ENERGÍA Con el fin de cuantificar el ahorro energético en la industria del ladrillo, se analizaron los consumos de energía por tipo de horno y por tipo de combustible. Para calcular el ahorro, se tomaron como referencia el horno más eficiente (Túnel) y los combustibles líquidos, que se queman con más facilidad. Puesto que en el país el consumo específico promedio ponderado de energía térmica de todos los hornos de la muestra se sitúa en 2.405 MJ/ton (anexo cuadro 4) y el indicador internacional es de 1.600 MJ/ton, el potencial de ahorro de energía térmica es del orden del 34% para la industria del ladrillo. El total de ahorro potencial se muestra en el cuadro 9 y asciende a 1’191.232 barriles equivalentes de petróleo al año, que a precios de hoy representarían cerca de 28 millones de dólares.



9

Gráfica 2.

Indice de Emisión Global. Combinación de Tecnología Ton/ GJ

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

CarbónColmena

CarbónHoffmann

Carbón Tunel

C. CastillaHoffmann

C. CastillaTunel

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.

Cuadro 5. . Ahorro Potencial de Energía Térmica por Tipo de Horno y

de Combustible

Consumo Específico Nacional de Energía con

Hornos Túnel: 1.523 MJ/ton

Tipo de Horno Producción de

Ladrillo Ton/año

Ahorro Potencial de Energía

TJ / año

Ahorro Potencial de Energía BEP / año1

Hoffmann 1.209.504 410 73.529 Periódicos 1.019.124 2.703 484.756 Intermitentes 179.700 2 359 Subtotal 2.408.328 3.115 558.644



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Consumo Específico Nacional de Energía con

Combustibles Líquidos 1.430 MJ/ton

Tipo de Combustible

Producción de Ladrillo Ton/año

Ahorro Potencial de Energía

TJ / año

Ahorro Potencial de Energía BEP / año1

Carbón 2.551.188 2.801 502.331 Cisco de café 198.000 726 130.201 Subtotal 2.749.188 3.527 632.532 Ahorro total 1.191.176

1 Factor de conversión: 1TJ = 179,34003 BEP, para 1998. Tomado de Upme [1999].

Con respecto a la posibilidad de ahorro de energía por cambio del tipo de horno, se encuentra que el mayor potencial de ahorro se consigue al sustituir los hornos periódicos por hornos Túnel. Con ese cambio se ahorrarían 2.703 TJ al año (cuadro 5), lo que sugiere, en primera instancia, que los hornos periódicos deben ser el centro de atención prioritario en programas de ahorro de energía

A su vez, el cuadro 6 muestra que la quema con carbón y la quema con cisco de café son muy ineficientes. En particular, la quema de cisco es 3,57 veces más ineficiente que la quema de un combustible líquido. Sin embargo, se utilizan estos energéticos por ser más baratos que los combustibles líquidos. El bajo precio del carbón, por ejemplo, hace que el ladrillero de bajos recursos no se preocupe por tecnificarse ni por disminuir el despilfarro de este tipo de recurso no renovable y el nivel de contaminación.

Cuadro 6. Consumo Específico de Energía por Tipo de Combustible

MJ/ton

Tipos de combustible Consumo especifico Índice relativo Líquidos 1.426 1,0 Carbón 2.547 1,79 Cisco de café 5.085 3,57

RECOMENDACIONES TECNOLÓGICAS Algunas recomendaciones para optimizar el consumo de energía térmica en la industria ladrillera y para alcanzar el límite superior del estándar internacional de



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1.600 MJ/Ton de producto terminado para hornos tipo Túnel son las siguientes (véase cuadro 3): 1. Emplear hornos con diseños de alta eficiencia térmica y gran capacidad de

producción: el horno Túnel (1400 – 1600 MJ/ton), el Hoffman (2000 - 3000 MJ/ton) y hornos intermitentes (1800 – 2000 MJ/ton).

2. Construir secaderos continuos, con aprovechamiento de calor del secadero y hornos con intercambiadores de calor para el aire de combustión, pues presentan un significativo ahorro en el combustible total utilizado. Al tiempo, es necesario hacer el mantenimiento preventivo de los mismos.

3. Disminuir la masa inerte en los hornos, mediante el empleo de los últimos productos de baja masa térmica (tecnología de punta) y el chequeo de salida de productos fríos del horno, para conseguir un máximo aprovechamiento del calor.

4. Emplear sistemas de regulación automática, de control de temperatura y de presión en el horno. También chequear periódicamente la composición y temperatura de salida de los gases de combustión del horno.

5. Revisar las cifras de consumo de energía en forma periódica y si es necesario crear un comité de manejo energético en cada empresa, con el propósito de alcanzar los índices internacionales o nacionales en todas ellas.

6. Operar, en lo posible, los hornos continuos a plena capacidad y apagarlos cuando la cantidad de productos terminados en almacén sea suficiente para atender una detención prolongada del horno.

7. Utilizar materiales de baja conductividad térmica y de alta refractariedad en los procesos con calor, ya que generan perdidas de calor considerablemente menores que los materiales de uso común, como ladrillos de arcilla, aislamientos con arena, cenizas y otros.

8. Utilizar en lo posible maquinaria para extrusión dura (stiff) o semidura, que permite disminuir el consumo de energía térmica en los procesos de secado y quema.

INDUSTRIA DEL VIDRIO DIAGNÓSTICO En Colombia se presentan, por lo general, los siguientes procesos de manufactura del vidrio: 1. Fabricación de vidrio hueco (envase). 2. Fabricación de vidrio plano.

• Sistema de estirado vertical. • Sistema de estirado horizontal.

3. Fabricación de vidrio prensado.



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4. Fabricación de vidrio artístico y obra surtida. 5. Fabricación de tubo de vidrio. 6. Fabricación de fibra de vidrio. Del total de la producción de vidrio, el 69% corresponde a la fabricación de vidrio hueco y el 26%, a la fabricación de vidrio plano. La elaboración del vidrio comprende varias operaciones y el consumo energético se concentra en la fusión, el afinado y la homogenización. De estas operaciones, la fusión es la de mayor consumo de energía. En esta fase se utilizan hornos de cuba continuos, equipados con regeneradores y/o recuperadores de calor (en la producción de vidrio hueco, de vidrio plano y de fibra de vidrio). La producción de obra surtida y cristalería en la mediana industria utiliza este tipo de hornos, pero sin ningún sistema de recuperación de calor. Al igual que las otras industrias estudiadas, la del vidrio se encuentra deprimida por la baja demanda del producto y los altos precios de los energéticos. En especial, el precio del Crudo de Castilla creció a un ritmo del 203% y el del combustóleo (fuel oil) creció en un 84,6%, entre diciembre de 1998 y noviembre de 1999.

Gráfica 3. Composición del Consumo Específico de Energía

Total 8.668 MJ/Ton

E . T é r m i c a

7 ,5 7 4

M J / T o n

E . E l é c t r i c a

1 ,0 9 4

M J / T o n

De esa situación se excluye la producción de envase, que trabaja con una capacidad promedio de producción superior al 80%, pues su demanda no ha caído



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tan drásticamente. Mientras tanto, en el caso del vidrio plano, el porcentaje es menor y en el de la cristalería es inferior al 50%. Consumo específico de energía En la industria del vidrio se calcularon los consumos específicos promedio, discriminados en energía eléctrica, energía térmica y energía total, como se observa en la gráfica 3 (véase cuadro 2 del anexo. Comparación del Consumo Específico Nacional de Energía con Indicadores En el cuadro 7 se compara el consumo específico nacional de energía, con los rangos internacionales de consumos específicos para cada tipo de energía y de proceso, en la industria del vidrio. Se excluyen los consumos de energía indirectos, es decir, los que se presentan en la extracción de materia prima y en su transporte. En obra surtida y vidrio de seguridad no se encontraron rangos internacionales

Cuadro 7. Consumo Específico de Energía según Producto

MJ/ton

Energía eléctrica Energía térmica Producto Consumo

Nacional Indicador

Internacional Consumo Nacional

Indicador Internacional

Vidrio hueco (envase) 1.750 240 – 2.500 12.480 6.700–21.000

Vidrio plano (estirado) 920 290-470 13.470 12.600-21.000

En el ámbito nacional, las industrias productoras de vidrio hueco (envases) presentan consumos específicos de energía dentro del rango reportado internacionalmente, a pesar de que se tuvo en cuenta la producción de bombillos en esta clasificación, cuyos consumos específicos son mucho más altos que los requeridos para la producción de envase. En la producción de vidrio plano se observa que el consumo específico de electricidad en Colombia está muy por encima del rango internacional de consumo, debido en primer lugar a que el consumo específico de energía eléctrica de la muestra incluye el consumo específico combinado de vidrio plano-cristalería y vidrio hueco y en segundo lugar, a que en la industria moderna del vidrio plano se utiliza el proceso denominado ‘flotación’, aún no desarrollado en el país y que representaría grandes ahorros energéticos.



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Emisión de Contaminantes El cuadro 8 muestra las emisiones por consumo de energía de cada uno de los efluentes gaseosos de CO, SO2, NOX y partículas, en la industria del vidrio. Además se compara con la producción industrial. Según el cuadro 8, aún se tiene un alto grado de generación de CO, lo que sugiere un potencial de ahorro de energía por mejoras en el proceso de combustión.

Cuadro 8 Emisiones de Contaminantes por Consumo de Energía

Producción y contaminantes Ton/mes Participación de

Emisión en Producción

Producción industrial 63.231 CO 235 0,0037 SO2 387 0,0061 NOX 76 0,0012 Partículas 104 0,0016

Al comparar la participación de las emisiones en la industria del vidrio con la de la industria del ladrillo, se observa que la segunda genera una mayor cantidad de CO, con excepción de los casos especiales. Esto implica un mayor potencial de ahorro de energía en la industria del ladrillo por tonelada de producción, que en el sector de vidrio. POTENCIAL DE AHORRO DE ENERGÍA La gran industria del vidrio está al tanto de los desarrollos y mejoramientos en los hornos. De allí que su potencial de ahorro de energía sea pequeño. El mayor potencial se tiene en la industria mediana de obra surtida, en la que los hornos carecen de recuperadores de calor y de algunas mejoras de orden operativo. Si se asume que una empresa mediana puede recuperar el calor de gases de chimenea, al bajar la temperatura de salida de 1.500ºC a 600ºC, el ahorro en combustible estaría cercano al 10%. Si además se mejoran los aislamientos, habría un ahorro adicional de 4%. El ahorro total sería entonces del 14%4 En términos del

4 Esta afirmación se hace a partir de la información obtenida en las encuestas y en la literatura especializada.



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combustible Crudo de Castilla, esto representa una economía de 3.600 barriles/año (cuadro 9).

Cuadro 9. Ahorro Potencial de Energía en Empresa Mediana

Combustible Crudo de Castilla Consumo de energía (combustible) 90.000 galones/mes Porcentaje de ahorro 14% Ahorro 12.600 galones/mes Equivalente 3.600 barriles/año

RECOMENDACIONES TECNOLÓGICAS En la gran industria del vidrio, las recomendaciones se orientan a la producción de vidrio plano y a la producción de envase. En la producción de vidrio plano se sugieren nuevas técnicas de fabricación, que implican todo un cambio en los equipos de formación de la película de vidrio. Este cambio significa una alta inversión inicial, pues depende de un nuevo proceso, el de ‘vidrio flotado’. Sin embargo, también permite incrementar la cantidad y mejorar la calidad del vidrio, a la vez que reduce los costos y el consumo energético por tonelada y genera beneficios netos al fabricante, en el mediano y en el largo plazo. En la producción vidrio hueco, las recomendaciones básicas se refieren a nuevas técnicas de combustión (sumergida, enriquecida con oxígeno y otras), debido a que estas industrias están actualizando permanentemente los diseños, controles y rendimiento de sus hornos. En la mediana industria se tienen grandes potenciales de ahorro cuando se mejora el aislamiento y con el empleo de recuperadores de calor y el rediseño de quemadores, lo que implica inversiones recuperables en un tiempo relativamente corto (entre 8 y 12 meses). Se pueden obtener otras mejoras con la revisión de refractarios y aislamientos, con la preparación de materias primas, mediante una mayor utilización de casco de vidrio (reciclaje), con el precalentamiento de la carga y con la instalación de equipos de instrumentación y control. EVALUACION ECONOMICA SUBSECTORES DE LADRILLO Y VIDRIO



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Tomando como base la evaluación técnica de estos dos grupos industriales se procedió a efectuar el análisis financiero de los cambios tecnológicos y de energéticos viables, consistentes básicamente en la utilización de hornos más eficientes y cambio de energéticos sólidos a líquidos. Industria Ladrillera Para la industria ladrillera se hizo una evaluación a cada uno de los hornos de procesamiento existentes en el país estableciéndose un caso base para cada horno el cual tiene las siguientes características: La evaluación es realizada en pesos constates de 2000

Tipo de horno

Tipo de combustibl

e

Cap. Max. Producción Ton/día

nversión

M$

Días de Quema

Roturas

%

Costo Mantto %

Costos Admon y Ventas %

Mano de Obra

(Personas) Túnel Automático

Carbón 300 6000 1 2 1 5 30

Túnel Semiautomático

Carbón 180 4800 1 2 1 5 80

Intermitente Carbón 80 1100 1.5 2 1 5 60

Hoffman Carbón 100 700 2 7 3 5 60

Colmena Carbón 13 50 7 15 3 1 10

Pampa Carbón 10 12 7 15 3 1 8

Considerando los siguientes parámetros:

• Precio de venta de ladrillo: $50.000/Ton • Vida útil del horno y secador: 10 años • Valor de Salvamento: 0

Se analizaron diferentes sensibilidades al caso base las cuales se relacionan a continuación. Sensibilidad 1. utilizan combustibles líquidos en lugar de Carbón en los hornos tipo Túnel A, Túnel S e Intermitentes. Los demás parámetros continúan igual al caso base. Sensibilidad 2. Se operará con Carbón pero la producción se reduce al 50% y los costos de mano de obra se reducen al 70%. Esta sensibilidad se lleva a cabo en hornos túnel A, túnel S e intermitentes. Demás parámetros continúan igual. Sensibilidad 3. Se hace en los hornos túnel A, túnel S e intermitentes y Hoffman y consiste en financiar el caso base Sensibilidad 4. financiación de la sensibilidad 1. Sensibilidad 5. financiación de la sensibilidad 2 sin el horno Hoffman. Son diversos los resultados obtenidos en cada una de las sensibilidades, realizadas y el apalancamiento financiero con tasas blandas ostensiblemente las rentabilidades de las industrias por el cambio de horno. Existe un potencial grande con atractivo económico al pasar de los hornos tipo Colmena y Pampa a



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Hoffman o Túnel. Los siguientes son los resultados del análisis comparativo de los casos base para cada tipo de horno:

Gráfica 4. Análisis Comparativo de Tasa Interna de Retorno

Comparativo TIR

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

Túnel A Túnel S Intermitente Hoffman Colmena Pampa

TIPO DE HORNO

Gráfica 5. Análisis Comparativo del Valor Presente Neto

Comparativo VPN

$6.000

$4.000

$2.000

$0

$2.000

$4.000

$6.000

$8.000

$10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Período

M$

Túnel A Túnel S Intermitente Hoffman Colmena Pampa



18

Los hornos más rentables medidos en términos de Tasa Interna de Retorno son los tipo Hoffman, a pesar del uso de carbón y por ende menor eficiencia frente a energéticos líquidos Los hornos tipo Túnel automatizado son los más eficientes desde el punto de vista energético, sin embargo esta ventaja no puede ser aprovechada ya que a pesar de ser rentables operando con combustibles líquidos, su mayor rentabilidad se obtiene operando con carbón. Los hornos Colmena y Pampa no son rentables desde ningún punto de vista por lo cual no permiten comparación. Industria del Vidrio Teniendo en cuenta que las inversiones que se pueden efectuar en la industria mediana y pequeña del vidrio son relativamente menores y con altos beneficios de índole energético haciendo bastante atractivas estas inversiones, se ha considerado conveniente analizar los siguientes casos: Caso Base, las inversiones totales se evalúan con el ahorro mínimo esperado y un periodo de vida útil de siete (7) años. Se consideró pertinente incrementar el precio de los combustibles líquidos por encima de la inflación del 15% anual Se realizaron también las siguientes sensibilidades: Sensibilidad 1. es el caso base tomando los máximos ahorros energéticos esperados. Sensibilidad 2. analiza el impacto que tendría el cambio de combustible líquido a gas natural.

Gráfica 6.

Análisis Comparativo

VPN Industria del Vidrio

$100

$50

$0

$50

$100

$150

$200

$250

$300

1 2 3 4 5 6 7

Períodos

M$

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5



19

Para este combustible el aumento de precio se estima igual a la inflación. Sensibilidad 3. caso base financiando el 70% de la inversión a cinco (5) años y sin periodo de gracia. Sensibilidad 4. analiza el caso del cambio de combustible financiando en un 70% la inversión y esta se estima en un valor igual al doble de los casos anteriores.

Gráfica 7. Tasa Interna de Retorno Sensibilidades

TIR Industria del Vidrio

0,00%

50,00%

100,00%

150,00%

200,00%

250,00%

1 2 3 4 5

CASOS

INDUSTRIA DE LA CERÁMICA DIAGNÓSTICO La industria cerámica agrupa las empresas que producen a partir de sustancias inorgánicas, que primero se moldean y después se endurecen por la acción del calor. Las materias primas que se utilizan son arcillas naturales y en menor proporción otras sustancias como el cuarzo, la arena, el feldespato y el granito. La industria cerámica, por su volumen de producción y por las características de sus procesos de fabricación, es una gran consumidora de energía, en especial, de la que procede de los combustibles. Los combustibles más utilizados en la cerámica son el fuel oil (combustóleo), el Gas Licuado de Petróleo, el ACPM, el queroseno y el gas natural. A la vez, el consumo de energía eléctrica es muy bajo, dentro del consumo total de energía.



20

La industria cerámica nacional se encuentra deprimida en el mercado colombiano por las condiciones económicas por las que atraviesa el país actualmente. Sin embargo, se ha sostenido gracias a los mercados externos o de exportación, que se surten de productos de muy buena calidad, elaborados en las distintas plantas del país.

Gráfica 8. Composición del Consumo Específico Promedio de Energía

Total 4.727 MJ/Ton

E. Térmica4.098

MJ/Ton

E. Eléctrica629 MJ/Ton

Consumo Específico de Energía En la industria de la cerámica, al igual que en la del vidrio, se calcularon los consumos específicos promedio, discriminados en energía eléctrica, energía térmica y energía total, como se observa en la gráfica 8 (véase cuadro 3 del anexo). Comparación del Consumo Específico Nacional de Energía con indicadores Internacionales Los indicadores de energía térmica dependen básicamente del producto y del tipo de horno empleado. En el ámbito internacional, se tienen rangos establecidos fundamentalmente para sistemas de bicocción (hornos para cocción y hornos para secado). Con el fin de hacer la comparación de los consumos específicos de Colombia con rangos internacionales, se clasificó la industria como se aprecia en el cuadro 10.



21

Cuadro 10.

Consumo Específico de Energía Térmica por Producto MJ/ton

Producto Consumo nacional Rango internacional

Porcelana 18.943 12.000 – 21.000 Vajilla y loza 8.267 16.800 – 29.400 Azulejo – Piso sanitarios 3.434 8.400 – 16.400

En la industria cerámica del país, los indicadores del consumo están dentro de los rangos internacionales e incluso son menores que ellos. Eso se debe a que desde hace algunos años en la industria nacional de vajillas, loza azulejos pisos y sanitarios se utilizan tecnologías como la monococción (cocción y secado en el mismo horno). Emisión de Contaminantes El cuadro 11 muestra las cifras de emisiones contaminantes por consumo de energía en la industria cerámica en Colombia, que se comparan, además, con la producción industrial.

Cuadro 11. Emisión de contaminantes

Producción y contaminantes

Ton/mes

Producción industrial 44.441 CO 45 SO2 36 NOX 19 Partículas 16

La gráfica 9 presenta los índices de desempeño energético ambiental de cada una de las diez empresas de la industria de la cerámica analizada. Según la gráfica 5, la mayor parte de la industria cerámica tiene un desempeño bastante adecuado desde el punto de vista ambiental, pues utiliza querosene, gas licuado de petróleo y gas natural, con tecnología de punta. Se exceptúa C9, que no tiene la mejor combinación tecnología–combustible (horno Túnel–Crudo de



22

Castilla). En contraste, la empresa C7, que utiliza gas con horno tipo rodillos, tiene el índice de emisión global más bajo.

Gráfica 9.

Indice de Emisión Global por Empresa Ton/GJ

0

0 , 0 0 0 4

0 , 0 0 0 8

0 , 0 0 1 2

0 , 0 0 1 6

0 , 0 0 2

C-I C-2 C-4 C-5 C-6 C-7 C-8 C-9 C-10

EMPRESA

To

n/G

J

POTENCIAL DE AHORRO DE ENERGÍA Puesto que la industria cerámica está trabajando con tecnología de punta, el potencial de ahorro de energía es mínimo y por tanto no se evalúa. RECOMENDACIONES TECNOLÓGICAS La gran diferencia existente entre el calor que se requiere teóricamente para el secado y la cocción de piezas cerámicas y el empleado realmente, da una idea de las posibilidades de ahorro. Sin embargo, la industria cerámica ha pasado en un tiempo relativamente corto de una tecnología artesanal a una tecnología avanzada pasando de procesos de bicocción a procesos de monococción, más eficientes y menos consumidores de energía que los primeros. Desde el punto de vista energético, las mejoras e innovaciones para elevar el rendimiento de las distintas operaciones se pueden resumir así: 1. Disminución del calor de reacción y de secado. 2. Disminución de los niveles de temperatura utilizados.



23

3. Disminución del tiempo de las operaciones. 4. Disminución de las pérdidas de calor y de materiales (roturas). 5. Mejoría de la calidad de los productos finales. 6. Uso de calor residual. RECOMENDACIONES FINALES • En términos generales, se puede afirmar que las industrias nacionales de vidrio

y de cerámica muestran consumos específicos de energía similares a los internacionales y en algunos casos menores. Por tanto, no se tienen potenciales de ahorro de energía muy significativos que dependan de la modificación de las tecnologías empleadas. El mayor potencial se tiene en la industria mediana de obra surtida de vidrio, en la que los hornos carecen de recuperadores de calor y en la que es posible realizar algunas mejoras de orden operativo.

• Por su parte, el bajo consumo específico de electricidad de la industria ladrillera

parecería indicar una excelente eficiencia en el uso de electricidad. Sin embargo, lo que señala este consumo de electricidad por tonelada de producto es un bajo grado de automatización de los procesos y un alto contenido de energía humana para la producción.

• En la industria del ladrillo se tienen básicamente dos estrategias para mejorar la

eficiencia energética. En primer lugar, trabajar con la sustitución de los hornos periódicos, con lo que se puede alcanzar entre un 76% y un 87% del potencial identificado como tecnológicamente factible. En segundo lugar, establecer señales adecuadas para que los productores de ladrillo utilicen combustibles líquidos en vez de combustibles sólidos, con lo que se alcanzaría un ahorro estimado cercano a los 576.312 barriles equivalentes de petróleo.

• Puesto que subsector Ladrillo, vidrio y cerámica maneja una amplia gama de

energéticos (electricidad, fuel oil, carbón, gas licuado de petróleo, Crudo de Castilla, gas natural y otros) y no se tiene claridad sobre la evolución de sus precios, es preciso definir una política transparente y coherente sobre el precio de los combustibles a mediano y largo plazo, de modo que el sector industrial pueda definir, sobre bases firmes, los cambios tecnológicos y las inversiones que debe realizar.

• En particular, la falta de una política transparente y coherente sobre precios

está afectando este momento critico que vive el país, en el orden económico y en el orden social, pues fue inadecuado el fuerte incremento en el precio de los combustibles empleados en los hornos, que en algunos casos superó el 200%.



24

Este factor unido a la gran recesión de la industria de la construcción esta obligando al cierre de una gran cantidad de ladrilleras, algunas fábricas de cerámica y otras de vidrio.

• Con esa política de precios es imposible que las industrias del ladrillo, el vidrio

y la cerámica tengan mejoras de índole energética y/o ambiental, pues con ella solo se están incentivando el uso del carbón y el atraso de tecnologías de combustión, tendencia contraria a los esfuerzos en ahorro energético y limpieza del medio ambiente, que se hacen en el mundo.

• Por otra parte, es necesario promover dentro de toda la industria nacional la

implantación y seguimiento de indicadores de desempeño ambiental, sobre todo en sectores que como el del ladrillo y el vidrio pueden ser altamente contaminantes, por sus altos consumos de combustibles.

• En primera instancia, se recomienda tomar como punto de partida los

indicadores propios de cada industria, en la búsqueda de menores consumos energéticos, cuando no se dispone de información internacional para comparación.

• En ese sentido, la norma ISO 14000 puede ser un instrumento para mejorar el

desempeño del subsector Ladrillo, vidrio y cerámica, por cuanto reconoce realidades emergentes del mercado, incorpora costos ambientales al proceso productivo, aumenta la competitividad y crea una conciencia empresarial. Desde el punto de vista comercial, la aplicación de la norma abre las puertas a los mercados, evita la creación de barreras paraarancelarias y permite el acceso a mercados restringidos, como el de la Unión Europea.

• Adicionalmente, la ISO 14000 constituye un reconocimiento del balance que

debe existir entre desarrollo económico (energético) y medio ambiente (reestructuración de procesos ineficientes), crea una imagen corporativa positiva y puede evitar innecesarios costos judiciales o sanciones administrativas.



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ANEXOS ESTADISTICOS



26

CUADRO 1 CONSUMO DE ENERGIA EN LA INDUSTRIA DEL LADRILLO

Código % Prod. exp* E.eléctrica E.térmica Otras Total E. eléctrica E. térmica Otras Total ton / año MJ / ton MJ / ton MJ/ton MJ/ton MJ / año MJ / año MJ / año MJ / año

LG-01-02 2,1 90.000 121 5.824 1.108 7.053 10.890.000 524.160.000 99.720.000 634.770.000LG-02-03 7,6 322.560 238 1.716 116 2.070 76.769.300 553.512.900 37.416.900 667.699.100LG-03-03 4,1 172.800 88 2.282 273 2.643 15.206.400 394.329.600 47.174.400 456.710.400LG-04-03 9,6 403.200 53 1.642 109 1.804 21.369.600 662.054.400 43948800 727.372.800LG-05-03 7,3 307.200 51 1.120 292 1.463 15.667.200 344.064.000 89.702.400 449.433.600LG-06-03 8,2 345.600 181 1.434 401 1.916 62.553.600 495.590.400 138.585.600 696.729.600LG-07-03 2,0 86.400 88 2.242 241 2.571 7.603.200 193.708.800 20.822.400 222.134.400LG-08-04 1,2 50.880 142 4.870 65 5.077 7.224.960 247.785.600 3.307.200 258.317.760LG-09-04 1,8 76.320 135 4.950 371 5.456 10.303.200 377.784.000 28.314.720 416.401.920LG-10-04 5,4 228.960 70 1.225 123 1.418 16.027.200 280.476.000 28.162.080 324.665.280LG-11-05 13,0 550.000 52 3.480 434 3.966 28.600.000 1.914.000.000 238.700.000 2.181.300.00

LG-12-05 4,7 198.000 181 1.949 610 2.740 35.838.000 385.902.000 120.780.000 542.520.000LG-13-ES 10,0 420.000 259 2.920 72 3.251 108.780.000 1.226.400.000 30.240.000 1.365.420.00

LG-14-ES 6,8 288.000 150 1.357 301 1.808 43.200.000 390.816.000 86.688.000 520.704.000LG-15-ES 0,2 7.200 631 4.052 644 5.327 4.543.200 29.174.400 4.636.800 38.354.400LG-16-ES 0,0 1.500 542 5.320 1.040 6.902 813.000 7.980.000 1.560.000 10.353.000LM-01-07 2,6 108.000 133 4.480 0 4.613 14.364.000 483.840.000 0 498.204.000LM-02-08 2,8 116.928 82 2.310 110 2.505 9.588.096 270.103.680 12.862.080 292.553.856LM-03-08 0,3 14.400 120 2.450 76 2.646 1.728.000 35.280.000 1.094.400 38.102.400LM-04-08 0,8 33.408 81 2.573 55 2.709 2.706.048 85.958.784 1.837.440 90.502.272LM-05-08 1,8 75.168 172 3.547 70 3.789 12.928.896 266.620.896 5.261.760 284.811.552LM-06-08 0,7 30.624 60 5.100 60 5.220 1.837.440 156.182.400 1.837.440 159.857.280LM-07-09 1,7 70.200 170 4.900 72 5.142 11.934.000 343.980.000 5.054.400 360.968.400LM-08-09 0,3 14.300 83 4.700 60 4.843 1.186.900 67.210.000 858.000 69.254.900LM-09-10 2,2 93.600 83 1.473 347 1.903 7.768.800 137.872.800 32.479.200 178.120.800LM-10-10 2,0 86.100 72 1.596 393 2.061 6.199.200 137.415.600 33.837.300 177.452.100LM-11-10 0,7 28.800 90 4.872 50 5.012 2.592.000 140.313.600 1.440.000 144.345.600

Total 100 4.220.148 538.222.240 10.152.515.860

1.116.321.320 11.807.059.420

* Prod. exp.: producción expandida



27

CUADRO 2. CONSUMOS ENERGETICOS EN LA INDUSTRIA DEL VIDRIO

Código % Producción E.eléctrica E.térmica E.total E. eléctrica

E. térmica E. total

ton / mes MJ / ton MJ / ton MJ/ton MJ / mes MJ / mes MJ / mes V-01 46,9 30.000 887 6.939 7.826 26.610.000 208.710.000 235.320.000

V-02 19,5 12.500 1.445 5.962 7.407 18.062.500 74.525.000 92.587.500

V-03 16,1 10.330 1.048 6.857 7.905 10.825.840 70.832.810 81.658.650

V-04 9,1 5.830 965 5.007 5.972 5.625.950 29.190.810 34.816.760

V-09 4,1 2.650 954 20.014 20.968 2.528.100 53.037.100 55.565.200

V-05 0,2 100 4.262 4.262 426.200 426.200

V-06

V-07 0,3 200 5.345 5.345 1.069.000 1.069.000

V-08 0,9 550 3.650 17.808 21.458 2.007.500 9.794.400 11.801.900

V-10 0,7 450 4.013 35.000 39.013 1.805.850 15.750.000 17.555.850

V-11 0,2 135 386 59.640 60.026 52.110 8.051.400 8.103.510

V-12 0,7 417 276 20.420 20.696 115.092 8.515.140 8.630.232

V-13 1,2 790 2.147 15.133 17.280 1.696.130 11.955.070 13.651.200

Total 100 63.952 70.824.272 490.361.730 561.186.002



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CUADRO 3 CONSUMOS ENERGETICOS EN LA INDUSTRIA CERAMICA

Código % Producción E.eléctrica E.térmica E.total E. eléctrica E. térmica E.total ton / año MJ / ton MJ / ton MJ / ton MJ / año MJ / año MJ / año

C-01 1 4.800 730 18.943 19.673 3.504.000 90.926.400 94.430.400

C-02 9 48.100 279 1.920 2.199 13.419.900 92.352.000 105.771.900

C-03 0 0 0 0 0 0 0 0

C-04 7 38.400 1.800 8.267 10.067 69.120.000 317.452.800 386.572.800

C-05 14 76.300 938 5.813 6.751 71.569.400 443.531.900 515.101.300

C-06 15 82.300 393 3.223 3.616 32.343.900 265.252.900 297.596.800

C-07 23 120.000 650 4.069 4.719 78.000.000 488.280.000 566.280.000

C-08 14 72.200 419 2.884 3.303 30.251.800 208.224.800 238.476.600

C-09 3 14.400 225 3.059 3.284 3.240.000 44.049.600 47.289.600

C-10 14 76.800 446 3.068 3.514 34.252.800 235.622.400 269.875.200

Total 100 533.300 335.701.800 2.185.692.800 2.521.394.600

Cuadro 4. CONSUMO ESPECÍFICO PROMEDIO NACIONAL DE ENERGÍA POR

INDUSTRIA Y POR TIPO DE ENERGÍA - MJ/Ton

Industrias E. eléctrica E. térmica Otras energías

Total

Ladrillo 128 2406 265 2798 Vidrio 1.107 7.668 8.775

Cerámica 629 4.098 4.728

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Determinación de la Eficiencia Energética del Subsector ...€¦ · estadístico, se obtuvieron p ara el sector ladrillero el consumo específico promedio en las áreas eléctrica,