Marengo cundinamarca-unal-tesis

CREACIÓN DE UN PROTOCOLO
PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN
PROGRAMA DE GESTIÓN
ENERGÉTICA EN EL CENTRO
AGROPECUARIO MARENGO - CAM
César Augusto Bacca González
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica y Mecatrònica
Bogotá, Colombia
2013

Creación de un protocolo para la
implementación de un Programa de
Gestión Energética en el Centro
Agropecuario Marengo - CAM
César Augusto Bacca González
Tesis o trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Mecánico
Director:
(Dr-Ing Msc.) Fabio Emiro Sierra
Línea de Investigación:
Gestión Energética en Centros Agropecuarios
Grupo de Investigación:
Red Internacional Para la Promoción de la Investigación y Docencia en Energización
Rural Para El Desarrollo Agroindustrial Sostenible –PRIDERAS
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica y Mecatrònica
Bogotá, Colombia
2013

Resumen
El objetivo principal de esta investigación es el diseño de un Modelo de Gestión
Energética y un protocolo para el Centro Agropecuario Marengo - CAM, que sea
adaptable a lo establecido por: la Norma ISO-50001, el documento “Sistema de Gestión
Integral de la Energía en Colombia” de la Unidad de Planeación Minero Energética -
UPME y el contexto de recursos energéticos que posee el CAM. Este modelo fue
diseñado durante la experiencia que se adquirió al realizar un diagnóstico energético en
el lugar, con lo cual también se busca identificar el potencial de estos recursos en los
centros agropecuarios que posean características similares. El proceso del diagnóstico
incluye una etapa donde se adquiere información sobre los consumos energéticos y la
caracterización de los procesos productivos; también para el desarrollo de las propuestas
se realizaron mediciones en campo, y se analiza cuantitativamente sus alcances.
Palabras clave: Norma ISO 50001, Recursos Energéticos, Consumo de Energías,
Industrias agropecuarias.

Resumen y Abstract IX
Abstract
The primary objective of this research is to design an Energy Management Model and
protocol for Agricultural Center Marengo - CAM, which is adaptable to the established by
the ISO-50001, the document Integrated Management System of Energy in Colombia of
the “Unidad de Planeación Minero Energética – UPME” and context of energetic
resources in CAM. This model was designed through the experience acquired, was
performed an energy diagnosis at the site, which also is sought to identify the potential of
these resources in agricultural centers that have similar characteristics. The diagnostic
process comprises a step where it will acquire the information about energy consumption
and characterization of the production processes, also for the development of the
proposals, are performed field measurements and analyzed quantitatively the scope of
these projects.
Keywords: ISO 50001, Energy Resources, Energy Consumption, Agricultural
Industries.

Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Energética en el Centro Agropecuario Marengo - CAM
XI
Contenido
Pág.
1. Marco Teórico........................................................................................................... 3
1.1 Situación Energética a Nivel Mundial ................................................................. 3
1.2 Situación Energética en Colombia...................................................................... 7
1.3 Potencial de las energías renovables................................................................. 9
1.3.1 Contexto mundial de las fuentes de energía renovables.................................. 9
1.3.2 Contexto Latinoamérica de las fuentes de energías renovables .................... 11
1.3.3 Contexto Colombia frente a las fuentes de energías renovables ................... 12
1.3.4 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas – PCH................................................... 16
1.3.5 Energía eólica................................................................................................ 19
1.3.6 Energía Solar................................................................................................. 23
1.3.7 Biomasa ........................................................................................................ 26
1.3.8 Geotérmica.................................................................................................... 32
1.4 Situación pecuaria y agrícola actual ................................................................. 35
1.4.1 Sector Pecuario ............................................................................................. 36
1.4.2 Sector agrícola .............................................................................................. 39
1.5 Relación ambiente y cambio climático.............................................................. 41
1.6 Modelos de gestión energéticos....................................................................... 46
1.6.1 Primeros Modelos de Gestión Energética...................................................... 46
1.6.2 MGE en Colombia ......................................................................................... 47
1.6.3 Formulación de la norma internacional ISO-50001 ........................................ 49
1.6.4 Gestión energética en centros agropecuarios................................................ 51
1.6.5 Diagnostico energético inicial en centros agropecuarios................................ 54
1.7 Factores ambientales y energéticos en las instalaciones pecuarias................. 56
1.7.1 Temperatura de confort ................................................................................. 56
1.7.2 Velocidad del aire .......................................................................................... 57
1.7.3 Concentración de gases contaminantes ........................................................ 57
1.7.4 Sistema de ventilación................................................................................... 58
1.7.5 Instalaciones.................................................................................................. 58
1.7.6 Sistemas de calefacción y refrigeración......................................................... 59
1.7.7 Sistemas de iluminación ................................................................................ 60
2. Diagnostico preliminar del Centro Agropecuario Marengo................................. 61
2.1 Producción Agrícola ......................................................................................... 64
2.1.1 Parque de tractores ....................................................................................... 65
2.1.2 Sistemas de aspersión y manejo de aguas.................................................... 67

XII Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
2.1.3 Equipos en la planta de tratamiento de agua................................................. 68
2.1.4 Otros equipos de consumo energético........................................................... 71
2.2 Producción pecuaria......................................................................................... 71
2.2.1 Unidad Avícola .............................................................................................. 72
2.2.2 Reactor de lecho fijo central SCFBR – para el manejo de los residuos
provenientes de la unidad porcina del CAM ............................................................. 88
2.3 Revisión de trabajos resientes del CAM, que han servido de apoyo en el
desarrollo de la presente investigación ....................................................................... 94
3. Mediciones, estudios y costos de las propuestas............................................... 97
3.1 Mediciones en campo ...................................................................................... 97
3.1.1 Equipos ......................................................................................................... 97
3.1.2 Datos obtenidos........................................................................................... 100
3.1.3 Pre- diagnóstico del confort ......................................................................... 109
3.2 Calculo de las pérdidas de calor......................................................................111
3.2.1 Mecanismos de transferencia de calor......................................................... 112
3.2.2 Calculo de la transferencia de calor en el galpón 4 de aves ........................ 116
3.2.3 Calculo de la transferencia de calor en el área de lactancia de la unidad
porcina ................................................................................................................... 130
3.2.4 Simulación del confort térmico mediante el uso del software Ecotect-Autodesk137
3.3 Factibilidad de proyectos energéticos..............................................................142
3.3.1 Cultura energética y eficiencia de los recursos disponibles ......................... 142
3.3.2 Eficiencia energética mediante la incorporación de nuevos equipos............ 148
3.3.3 Energías renovables.................................................................................... 156
3.4 Evaluación económica de las propuestas anteriores.......................................161
3.4.1 Diagnóstico inicial en torno a la información recopilada............................... 161
3.4.2 Costos y beneficios de las propuestas......................................................... 162
4. Formulación de un modelo de gestión energética para el CAM ....................... 173
4.1 Experiencias adquiridas en campo..................................................................173
4.2 Marco Fundamental del Modelo ......................................................................174
4.3 Presentación del Modelo y Protocolo ..............................................................175
5. Conclusiones y recomendaciones..................................................................- 181 -
5.1 Conclusiones.............................................................................................. - 181 -
5.2 Recomendaciones...................................................................................... - 182 -
6. Trabajos citados................................................................................................... 185
ABC. Anexos.......................................................................¡Error! Marcador no definido.

XIII
Lista de figuras
Figura 1-1: Oferta total de energía primaria a nivel mundial, para los años de 1973 y
2010. (IEA I. E., KWES, 2012).......................................................................................... 3
Figura 1-2: Evolución del consumo de energías primarias, por regiones del globo. (BP,
2012)................................................................................................................................ 4
Figura 1-3: Cadena de conversión de la energía (Kaltschmitt, 2006)................................ 5
Figura 1-4: Energía consumida por sector productivo para el año 2012 (EIA, 2013) ........ 5
Figura 1-5: Consumo final de energías a nivel mundial, comparando los años 1973 y
2010 (IEA I. E., KWES, 2012)........................................................................................... 6
Figura 1-6: Escenarios energéticos propuestos por IEA para el año 2030 (IEA I. E.,
KWES, 2012). .................................................................................................................. 7
Figura 1-7: Comparación de la oferta de energía primaria en el año 1975 y 2009 (UPME,
Balances1975-2009, 2011) .............................................................................................. 8
Figura 1-8: Comparación de la oferta de energía secundaria en el año 1975 y 2009
(UPME, Balances1975-2009, 2011) ................................................................................. 8
Figura 1-9: Consumo energético final por sectores productivos (UPME, Balances1975-
2009, 2011)...................................................................................................................... 9
Figura 1-10: Países con las mayores instalaciones de energía eléctrica renovable
(U.S.DepartmentofEnergy, 2013) ................................................................................... 10
Figura 1-11: Comparación porcentual de las energías no convencionales con respecto a
la Energía Global en el año 2010 (REN21, 2012)........................................................... 11
Figura 1-12: Compendio porcentual de energías primarias de Latinoamérica (FOMIN,
2012).............................................................................................................................. 12
Figura 1-13: Capacidad de generación eléctrica en Colombia, estimando la participación
porcentual de cada fuente energética primaria (Lezcano, 2011) .................................... 13
Figura 1-14: Cobertura de energía eléctrica del Sistema Interconectado Nacional – SIN
(UPME-SPEGCF, 2010)................................................................................................. 14
Figura 1-15: Cobertura de Gas Natural comercial en el territorio de Colombia (UPME, La
Cadena del Gas Natural en Colombia, 2003-2005) ........................................................ 15
Figura 1-16: Capacidad total mundial de Hidroenergia para el año 2011 (REN21, 2012)16
Figura 1-17: PCH con derivación: Imagen de la Izquierda: Esquema de PCH con
derivación. Imagen de la Derecha (CECU, 2004)........................................................... 17
Figura 1-18: Pequeñas centrales hidroeléctricas instaladas sobre el territorio colombiano,
que se encontraban en operación hasta el año 2002 (UPME C. M., 2010)..................... 19

XIV Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Figura 1-19: Capacidad total de potencia instalada a nivel mundial, 1996-2011 (REN21,
2012).............................................................................................................................. 20
Figura 1-20: Desarrollo del potencial eléctrico en los aerogeneradores desde 1980 hasta
2010 (NREL, 2012) ........................................................................................................ 20
Figura 1-21: Densidad de potencial eólico a una altura de 20 (izq.) y 40 metros (der)
(MME, Atlas de Viento Energìa Eòlica de Colombia, 2006) ............................................ 22
Figura 1-22: Promedio anual de radiación UV (280-400nm) en el plano horizontal (J/cm2)
para los años 1990-2004 (Mines-Paris, 2006) ................................................................ 23
Figura 1-23: Mapa promedio diario multianual de radiación solar (UPME-IDEAM, 2005) 25
Figura 1-24: Comparación entre el potencial de energía proveniente de biomasa y uso del
suelo a nivel mundial en el año 2012 (Adaptado de (Kopetz, 2013)) .............................. 27
Figura 1-25: Proceso para la obtención de pelets (Karwandy, 2007).............................. 27
Figura 1-26: Proceso de conversión de la Biomasa (UPME C. M., 2010)....................... 28
Figura 1-27: Esquema de valorización de residuos ganaderos, implementando digestores
anaeróbicos y producción de biogás (IDAE, ManualAuditGan, 2010)............................. 31
Figura 1-28: Bomba de calor geotérmica (IGA, 2013)..................................................... 34
Figura 1-29: Tipos de conexión para el aprovechamiento del calor geotérmico producido
mediante sistemas EG-BE (IDAE, ManualAuditGan, 2010)............................................ 35
Figura 1-30: Consumo de comida per cápita (kcal/persona/día) (FAO N. J., 2012) ........ 36
Figura 1-31: Volúmenes de producción pecuario en Colombia (FEDEAGRO, 2010)...... 38
Figura 1-32: Índice del uso de la tierra arable– 2008 (SAC P. , 2012) ............................ 40
Figura 1-33: Volumen de producción de hortalizas en Colombia (FEDEAGRO, 2010) ... 41
Figura 1-34: Cambios de temperatura globales desde el año de 1950 hasta el 2012
(NOAA, 2013)................................................................................................................. 42
Figura 1-35: Los 10 países con mayores emisiones de CO2 en el año 2010 (OECD/IEA,
EFFC, 2012)................................................................................................................... 43
Figura 1-36: Modelo de Gestión Integral de la Energía, tomado de la cartilla UPME:
“Sistema de Gestión Integral de la Energía” (UPME M. C., 2008) .................................. 48
Figura 1-37: Flujo de proceso para el desarrollo del Modelo de Gestión Energética de la
norma internacional ISO 50001 (ISO, ISO 50001, 2011)................................................ 50
Figura 1-38: Cadena de relación de los distintos procesos productivos en el sector
agrícola (Nemecek T., 2003). ......................................................................................... 52
Figura 1-39: Modelo de la Pirámide Energética.............................................................. 54
Figura 2-1: Detalle de la ubicación y terrenos aledaños del CAM (Latitud: 4°41'48.57"N,
longitud: 74°12'43.00"O) (Google, 2013) ........................................................................ 61
Figura 2-2 Organización del CAM (modificado de (Ariza, 2002) ..................................... 63
Figura 2-3 Distribución y uso del suelo en el CAM. (Ariza, 2002) ................................... 64
Figura 2-4. Ubicación de las Instalaciones de ordeño, planta de tratamiento de agua,
cafetería y zona de máquinas del CAM (Google, 2013)................................................. 69
Figura 2-5: Cuarto de máquinas de la planta de tratamiento de aguas........................... 70
Figura 2-6. Distribución de la Zona Avícola en el CAM (Google, 2013) .......................... 72
Figura 2-7.: Curva de producción para las aves de postura de la estirpe Lohmann Brown
(Lohmann, 2009)............................................................................................................ 74

XV
Figura 2-8. La imagen de la izquierda muestra la calefacción mediante campanas. La
imagen de la derecha muestra la calefacción por radiación (Archila, 2012).................... 75
Figura 2-9.: Comportamiento de las aves recién nacidas en función de la temperatura en
las criadoras y la ventilación del lugar (UAB, Manual de Avicultura, 2011)..................... 76
Figura 2-10: Fotografía del galpón 4 de la unidad avícola .............................................. 80
Figura 2-11: distribución de la zona porcina del CAM (Google, 2013) ............................ 81
Figura 2-12 Aprovechamiento del nitrógeno en ganado porcino (BREF, 2004) .............. 85
Figura 2-13 Planta piloto para tratamiento de aguas residuales de la unidad de porcinos
del CAM (Mongui, 2003)................................................................................................. 88
Figura 2-14 Configuración general del reactor SCFBR (Bohórquez, 2004)..................... 89
Figura 2-15: Distribución de la zona bovina del CAM (Google, 2013)............................. 90
Figura 2-16 Modelo de disipación de calor en el bovino (Arias, 2008)............................ 91
Figura 2-17: Registro de presiones en la cámara de pulsación del sistema de ordeño
(Callejo, 2010)................................................................................................................ 93
Figura 2-18 Esquema del sistema de ordeño (Gangretto, 2012) .................................... 94
Figura 3-1: Anemómetro de Hilo Caliente ................................................................... 98
Figura 3-2: Cámara termografía ..................................................................................... 98
Figura 3-3: Data-logger con Sondas de Piranometro y Luxómetro ................................. 99
Figura 3-4: Registrador de Temperatura y HR................................................................ 99
Figura 3-5: Estación Meteorológica ...........................................................................100
Figura 3-6: Patrón de muestras que se siguieron en los galpones 3 y 4 de aves...........100
Figura 3-7: Fotografía Termografía del galpón 3 de aves ..............................................103
Figura 3-8: Fotografía termografía del galpón 4 de aves ...............................................104
Figura 3-9: Patrón de muestras que se siguieron en el área de lechones......................104
Figura 3-10: Patrón de muestras que se siguieron en el área de precebos. ..................106
Figura 3-11: Fotografía termografía en la zona de lactancia..........................................107
Figura 3-12: Fotografía termografía en la zona de precebos .........................................107
Figura 3-13: Patrón de muestras que se siguieron en el área de ordeño.......................108
Figura 3-14: Fotografía termografía en la zona de precebos .........................................109
Figura 3-15: Transferencia de calor por la combinación de los mecanismos convectivos y
conductivos (OCWUS, 2013).........................................................................................114
Figura 3-16: Modelo del cerramiento de lactancia y precebos.......................................138
Figura 3-17: Distribución del confort promedio a lo largo del año .................................138
Figura 3-18: Ganancia interna de calor correspondiente a la radiación solar.................139
Figura 3-19: Ganancias internas por efectos de la ventilación.......................................139
Figura 3-20: Distribución de temperaturas para cada uno de las áreas internas del
cerramiento ...................................................................................................................140
Figura 3-21: Modelo del Galpón 4 de Aves....................................................................140
Figura 3-22: Distribución del confort promedio a lo largo del año ..................................141
Figura 3-23: Resultados de un día predominantemente frio ..........................................141
Figura 3-24: Ganancia interna de calor correspondiente a la radiación solar.................142
Figura 3-25: Ganancias internas por efectos de la ventilación.......................................142
Figura 3-26: Tractor Ford 5000......................................................................................144
Figura 3-27: Tractor Jhon Dear 5400.............................................................................145

XVI Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Figura 3-28: Tractor Jhon Dear 1640.............................................................................146
Figura 3-29: Disposición de hilo radiante y rejilla de polietileno (sarabastall, 2004).......148
Figura 3-30: Zonas de riego (imagen de la izquierda) y curvas de nivel (imagen de la
derecha) (HPorras, 2002)..............................................................................................151
Figura 3-31: representación de una nave en depresión (GREENHECK, 2010) .............155
Figura 3-32: Modelo de calentador solar Natural Elite 150 (BOE, 2010)........................160
Figura 3-33: Convertidor termoquímico (BigDutchman, 2010).......................................161
Figura 4-1: Esquema de Gestión Estratégica de la Energía – SEM (NEEA, 2012)........175
Figura 4-2. Áreas de intervención para el desarrollo de la Gestión Energética en el CAM
......................................................................................................................................176
Figura 4-3: MGE para centros agropecuarios................................................................178
Figura C 1: Curvas características del ventilador seleccionado (GREENHECK, 2010) 213
Figura C 2: Dimensiones del ventilador seleccionado (GREENHECK, 2010) 214
Figura C 3: Suelo Radiante: Abaco de caída de temperatura, suelo-ambiente (M.Roca,
2004) 215
Figura C 4: Perdida de carga en tuberías (M.Roca, 2004) 216
Figura C 5: Caída de presión en colector (M.Roca, 2004) 217
Figura C 6: Plano galpón 3 de aves 218
Figura C 7: Plano Galpón 4 de aves 219
Figura C 8: Plano Galpón precebos y lactantes, unidad porcina 220
Figura C 9: Plano Galpón precebos y lactantes, unidad porcina 221

XVII
Lista de tablas
Pág.
Tabla 1-1: inclusión de las fuentes no convencionales de energía en el Sistema
Interconectado Nacional (UPME C. M., 2010) ................................................................ 18
Tabla 1-2: Clasificación del potencial eólico (UPME C. M., 2010)................................... 21
Tabla 1-3: Potencial Eólico en Latinoamérica, en el año 2008 (GWEC B. -W., 2011)..... 21
Tabla 1-4: Clasificación de los gases según el poder Calorífico (Prias, 2010) ................ 29
Tabla 1-5: Destilerías de etano hasta el año 2009 (UPME C. M., 2010)......................... 30
Tabla 1-6: Generación Eléctrica a partir de plantas geotérmicas a nivel mundial 2010
(IEA-GEOTHERMAL, 2012) ........................................................................................... 33
Tabla 1-7: Producción ganadera mundial (FAO N. J., 2012)........................................... 37
Tabla 1-8: Costos de producción explotación intensiva (V.Glez, 2006) .......................... 37
Tabla 1-9: Escenarios planteados por el IPCC sobre los efectos y sus consecuencias
globales para el 2100, valorado en el Cuarto Informe de Evaluación (GRID-UNEP, 2001).
....................................................................................................................................... 44
Tabla 1-10: Principales módulos y categorías / actividades aportantes de GEI en el año
2004 (IDEAM, 2009)....................................................................................................... 45
Tabla 1-11: Resultados de la implementación del SGIE en empresas industriales durante
los años 2007-2010 (E.Quisque, 2012) .......................................................................... 49
Tabla 1-12: Temperaturas interiores de referencia para el ganado porcino, bovino y aves
(IDAE, ManualAuditGan, 2010) ...................................................................................... 57
Tabla 1-13: Rango admisible de caudales de ventilación para ganado bovino, porcino y
aves (IDAE, ManualAuditGan, 2010).............................................................................. 58
Tabla 1-14: Nivel de aislamiento recomendado en función de las condiciones climáticas
exteriores a la instalación (IDAE, ManualAuditGan, 2010) ............................................. 59
Tabla 1-15: Propiedades principales para la selección de las lámparas de descarga en
gases (IDAE, ManualAuditGan, 2010)............................................................................ 60
: Tabla 2-1: Misión, visión y objetivos del CAM (UNAL, 2010) ........................................ 62
Tabla 2-2: Relación de temperatura para las diferentes edades del ave (nota: La
humedad relativa dentro de la nave debe ser del 60 - 70%) (Lohmann, 2009) ............... 76
Tabla 2-3: Programa de iluminación para naves cerradas (* hasta el fin de la producción)
(Lohmann, 2009)............................................................................................................ 79
Tabla 2-4: Consumo de energía por tipo de ganado porcino (M.Martin, 2006) ............... 82

XVIII Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Tabla 2-5 Temperatura optima y humedad relativa para cada una de las etapas de
crecimiento en cerdos (Gutièrrez, 2008)......................................................................... 84
Tabla 2-6 Excreta producida por cada tipo de cerdo (Gutièrrez, 2008)........................... 84
Tabla 2-7: Caudales mínimos de renovación de aire en función de la edad de cada cerdo
(itgganadero, 2004)........................................................................................................ 87
Tabla 2-8 Cantidad de excretas producidas en cada etapa del ganado vacuno lechero
(Rodriguez, 2002)........................................................................................................... 90
Tabla 3-1: Registro de muestras sensadas en el galpón 3 de aves, relacionado con el
patrón mostrado en la Figura 3-6 ..................................................................................101
Tabla 3-2: Registro de muestras sensadas en el galpón 4 de aves, relacionado con el
Tabla 3-3: Registros de temperatura y humedad relativa en el Galpón 4 de aves, durante
24 horas con el sensor Oakton......................................................................................103
Tabla 3-4: Registro de muestras sensadas en el área de lactancia, relacionado con el
Tabla 3-5: Registro de muestras sensadas en el área de precebos, relacionado con el
patrón mostrado en la Figura 3-10.................................................................................106
Tabla 3-6: Registro de muestras sensadas en el área de ordeño, relacionado con el
patrón mostrado en la Figura 3-13.................................................................................108
Tabla 3-7: Producción de calor sensible para diferentes especies de animales (ASAE,
2003).............................................................................................................................115
Tabla 3-8: Conductividad térmica (W/m*°C) de varios materiales en construcciones
ganaderas (IDAE, ManualAuditGan, 2010)....................................................................115
Tabla 3-9: Propiedades dimensionales y de conductividad térmica de los materiales
constructivos del Galpón 4 de aves...............................................................................117
Tabla 3-10: Temperaturas promedio durante el mes de mayo, obtenidas mediante la
estación meteorológica del CAM ...................................................................................119
Tabla 3-11: Pérdidas de calor en el galpón 4 de aves, generadas en las horas de la
noche ............................................................................................................................120
Tabla 3-12: Corrección del factor LM, para las condiciones de marengo, a partir de la
Tabla C-4 (Anexo C) .....................................................................................................122
Tabla 3-13: Temperaturas promedio a lo largo del día del mes de mayo.......................122
Tabla 3-14: Transferencia de calor a través de los muros corregido para el contexto del
CAM..............................................................................................................................122
Tabla 3-15: radiación solar del CAM, para los meses de Mayo, Abril y Marzo del 2013 123
Tabla 3-16: Ganancias de calor obtenidas a lo largo del día, en el interior del galpón por
la abertura lateral ..........................................................................................................123
Tabla 3-17: Ganancias de calor que se generan a través del techo ..............................125
Tabla 3-18: Ganancia de calor a través de las puertas..................................................126
Tabla 3-19: Pérdidas de calor correspondientes a la ventilación durante las 24 horas del
día.................................................................................................................................128
Tabla 3-20: Transferencia de calor global en el galpón 4 de aves .................................129

XIX
Tabla 3-21: Propiedades dimensionales y de conductividad térmica de los materiales
constructivos del área de lactancia de la unidad porcina del CAM ................................130
Tabla 3-22: Pérdidas de calor en el área de lactancia de la unidad de porcinos,
generadas en las horas de la noche..............................................................................131
Tabla 3-23: Transferencia de calor a través de los muros corregido para el contexto del
CAM..............................................................................................................................132
Tabla 3-24: Corrección del FGCS, para la latitud del CAM............................................133
Tabla 3-25: Calor obtenido durante las horas del día, a través de las ventanas del galpón
de lactancia...................................................................................................................134
Tabla 3-26: Ganancias de calor que se generan a través del techo ..............................134
Tabla 3-27: Pérdidas de calor correspondientes a la ventilación durante las 24 horas del
día.................................................................................................................................136
Tabla 3-28: Transferencia de calor global en el galpón de lactancia..............................137
Tabla 3-29: resumen del consumo y posibles pérdidas de combustible para tres de los
tractores con los que cuenta el CAM.............................................................................146
Tabla 3-30: resumen del consumo y posibles pérdidas de combustible diesel ..............147
Tabla 3-31: resumen del consumo y posibles pérdidas de gasolina ..............................147
Tabla 3-32: resumen del consumo y posibles pérdidas eléctricas en 12 motores eléctricos
......................................................................................................................................147
Tabla 3-33: Resumen de cálculos para estimar el potencial de dos sistemas de regadío
......................................................................................................................................152
Tabla 3-34: Propuesta de sistemas localizados.............................................................153
Tabla 3-35: Calor latente generado individualmente por un cerdo en función de su peso y
temperatura (ASHRAE, 1972) .......................................................................................154
Tabla 3-36: Calor Latente total generado en el galpón de lactancia ..............................155
Tabla 3-37: Cantidad de gallinaza producida en el CAM, estimado para el año 2013....160
Tabla 3-38 :Consumos anuales de energías que ingresan anualmente al CAM............164
Tabla 3-39: Posible detrimento debido a la falta de un programa de mantenimiento
preventivo......................................................................................................................164
Tabla 3-40: Costos estimados del equipo del sistema de calentamiento por hilo radiante
......................................................................................................................................165
Tabla 3-41 Comparación de las energías consumidas para el calentamiento de las aves
recién nacidas ...............................................................................................................166
Tabla 3-42: Costos generados por la inversión del sistema por hilo caliente .................166
Tabla 3-43: Tabla de costos estimados para la instalación de un nuevo sistema de
calentador a gas (Alosan, 2013)....................................................................................167
Tabla 3-44: Costos generados por la compra de un nuevo sistema de calefacción por gas
propano de 5 años a diferentes tasas de interés ...........................................................167
Tabla 3-45: Costos estimados de la obra inicial del sistema de calentamiento por
calentador solar.............................................................................................................168
Tabla 3-46: Costos estimados de la obra final del sistema de calentamiento por
calentador solar.............................................................................................................169
Tabla 3-47: Inversión de un sistema de calentador solar durante un periodo de 5 años170
Tabla 3-48: Detrimento de inversión anual de concentrado para las aves del galpón 4.170

XX Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Tabla 3-49: Detrimento de inversión anual de concentrado para todas las aves del CAM
desde el año 2013.........................................................................................................171
Tabla 3-50: Detrimento de inversión anual de concentrado para los cerdos en precebo y
cebo, durante un periodo de 5 años ..............................................................................172
Tabla. A1: Potencial energético de cada uno de los residuos de los principales cultivos
(MME, Atlas Biomasa, 2011).........................................................................................199
Tabla. A2: Potencial energético de la biomasa residual pecuaria en Colombia (MME,
Atlas Biomasa, 2011) ....................................................................................................200
Tabla. A3: Producción de carne a nivel mundial, por número de animales y peso de la
carne (FAO N. J., 2012) ................................................................................................201
Tabla. A4: Consolidado de producción ganadera de Colombia (ICA, 2012) ..................202
Tabla. A5: Área sembrada, Unidades Productoras de hortalizas de hoja, por
departamento................................................................................................................203
Tabla. A6: Secuencia de actividades propuesta para la implementación del MGIE, de la
guía: “Sistema de Gestión Integral de la Energía” (UPME M. C., 2008) ........................204
Tabla B 1: Comparación de producción de gallinaza con distintos sistemas de producción
(European_Commission, 2003).....................................................................................205
Tabla B 2: Composición química de la gallinaza de ave (NCSU, 2011).........................206
Tabla C 1: Datos estación meteorológica del CAM durante los años 2011, 2012 y 2013
......................................................................................................................................207
Tabla C 2: Diferencias de temperatura para cargas de enfriamiento en techos (DTCE)
(ASHRAE, FAHPD, 1985) .............................................................................................208
Tabla C 3: Diferencias de temperatura para cargas de enfriamiento en paredes (DTCE)
(ASHRAE, FAHPD, 1985) .............................................................................................209
Tabla C 4: Descripción de grupos de construcción de paredes (ASHRAE, FAHPD, 1985)
......................................................................................................................................210
Tabla C 5: Correccion de la DTCE por latitud y mes (ASHRAE, FAHPD, 1985)...........211
Tabla C 6: Factores de ganancia máxima de calor solar para vidrio (ASHRAE, FAHPD,
1985).............................................................................................................................212
Tabla C 7: Coeficientes de sombreado para vidrio (ASHRAE, FAHPD, 1985)..............212
Tabla C 8: Selección ventilador para el galpón de lactancia de la unidad porcina
(GREENHECK, 2010) ...................................................................................................213

XXI
Lista de Símbolos y abreviaturas
Símbolos con letras latinas
Símbolo Término Unidad SI
A Área m2
DTCE
Diferencia de temperatura para carga de
enfriamiento
K
f Flujo de Calor w/m2
h Coeficiente de convección w/m2
K
k Conductividad térmica del material w/mK
Mas Masa aire seco kgas/hr
L Longitud m
Q Calor w
T Temperatura K
t tiempo s
V Volumen m3
Velocidad
Símbolos con letras griegas
Símbolo Término Unidad SI
Emisividad Térmica 1
ρ Densidad g/cm3
Constante de Stefan-Boltzmann w/m2
K4
Abreviaturas
Abreviatura Término
ASHRAE
American Society of Heating and Air
Conditioning Engineers
CAM Centro Agropecuario Marengo
ESF Energía Solar Fotovoltaica
EST Energía Solar Térmica
Ee Grado de esfuerzo
FNCE Fuentes No Convencionales de Energía
GEI Gases de Efecto Invernadero
IDEAM
Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales

XXII Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
Abreviatura Término
ASHRAE
American Society of Heating and Air
Conditioning Engineers
IPSE
Instituto de Planificación y Promoción de
Soluciones
ISO
Organización Internacional de
Estandarización
MGE Modelo de Gestión Energética
MGE-A Modelo de Gestión Energética Agropecuario
MGIE Modelo de Gestión Integral de la Energía
PROURE
Programa de Uso Racional y Eficiente de
Energía y. Fuentes No Convencionales
RAI Residuos Agrícola Industriales
SGIE Sistema de Gestión Integral de la Energía
SIN Sistema Interconectado Nacional
UPME Unidad de Planeación Minero Energética
URE Uso Racional de la Energía
VF Valor Futuro
ZNI Zonas No Interconectadas
FAO
Organización de las Naciones Unidas para
la Alimentación y la Agricultura

- 1 -
Introducción
Cualquier efecto positivo o negativo en el uso de la energía tiene consecuencias en el
entorno que lo contiene, por ejemplo a nivel productivo afecta el modo como oscilan los
precios de los bienes y en un sentido más amplio el uso de la energía consume recursos
ambientales, de los cuales gran parte son no renovables. En esta dirección la gestión
energética es una pieza clave en los planes productivos y en la gestión ambiental de
cualquier organización que haga uso de los recursos energéticos; Globalmente repercute
en las políticas ambientales de los países.
La tendencia actual, en cuanto al uso eficiente de la energía, es crear modelos
sistémicos sostenibles, que proporcionen los mismos o mayores niveles de producción
sin acrecentar el consumo energético. Esto se logra estableciendo controles específicos
en las distintas etapas de los procesos, identificando fuentes potenciales de energía e
integrando todas las áreas del capital humanos y técnicos. La norma ISO-50001: “Energy
Management Systems”, sintetiza el planteamiento anterior al formular una metodología
cíclica que se articula con la estructura organizacional y promueve el uso racional de la
energía.
La formulación de normas energéticas internacionales demuestra la creciente necesidad
global por rectificar las prácticas que afectan el uso eficiente de este recurso. El estado
colombiano, a través de la Unidad de Planeación Minero Energética - UPME, el Ministerio
de Ambiente y Desarrollo Sostenible, y el Ministerio de Minas y Energía, impulsa un
marco jurídico-estratégico que busca promover la gestión y sostenibilidad de la energía.
El sector rural colombiano y en específico la industria agropecuaria tiene un alto potencial
inexplorado en el tema de la gestión energética de los recursos, que al ser desarrollado,
junto con las buenas practicas agropecuarias, sustentara los procesos productivos,
haciéndolos más rentables y ambientalmente viables. Las implicaciones que tendrá este
cambio cultural podrán ser soportadas por Sistemas de Gestión Energética, que cubre
las áreas de estructuras organizacionales, gestión de la información, eficiencia
energética, uso adecuado de los recursos, energías renovables y confort climático
pecuario.
El propósito de esta investigación es hacer del CAM un laboratorio en el cual se pueda
diseñar un Modelo de Gestión Energética y un protocolo a nivel agropecuario, que se
articule a las características particulares del CAM, a lo establecido por la norma

- 2 - Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de Gestión
internacional ISO 50001 y a la metodología promovida por el Sistema de Gestión Integral
de la Energía SGIE de la UPME. Para alcanzar este objetivo se realizó un diagnostico
energético que abarca algunos de los principales procesos productivos y ambientales del
CAM, entre los cuales se encuentra: la adquisición de fuentes primarias y secundarias de
energías, el confort climático en las unidades avícola, porcina y ganado vacuno, la
gestión de los residuos orgánicos, caracterización de las máquinas, incluyendo: el parque
de tractores, el estado actual del sistema de regadío principal y la planta de tratamiento
de aguas.
El Modelo de Gestión Energética será el insumo más importante de esta labor y tendrá
las pautas para ser replicado en otros escenarios agropecuarios donde se aspire
aprovechar el potencial energético para incrementar la rentabilidad de los productos.

1.Marco Teórico
1.1 Situación Energética a Nivel Mundial
Las primeras formas de energía implementadas por el hombre para transformar su
mundo se basaron en su propia fuerza corporal y en el uso de animales de granja.
Posteriormente se valió de otros recursos disponibles en la naturaleza, principalmente:
carbón, acero y fuego para producir herramientas que le permitían hacer las labores de
forma más eficiente. A comienzos del sXVIII se creó la primera máquina de vapor, la cual
fomento el desarrollo de la revolución industrial en el sXIX. En la década de 1820 se
desarrollaron los primeros motores eléctricos. A mediados del sXIX se extraen los
primeros yacimientos petroleros mediante técnicas de perforación. Y en las últimas
décadas del SXIX se crea el primer motor de cuatro tiempos y la primera central
hidroeléctrica (Sterland, 1967).En el sXX se intensifico el uso del petróleo y el gas,
desplazando en algunos escenarios mundiales el uso del carbón como primera fuente
energética. En la década de los años 70’s tuvo lugar la primera crisis petrolera, que
promovió el desarrollo de energías alternativas y el uso de la energía nuclear; esta
situación se ilustra en la Figura 1-1, que ha tenido repercusiones en el tipo de energías
implementadas hasta la actualidad.
Figura 1-1: Oferta total de energía primaria a nivel mundial, para los años de 1973 y
20101
. (IEA I. E., KWES, 2012)
1
*Se incluyen las energías alternativas como la geotérmica, solar, eólica, entre otras

4 Creación de un protocolo para la implementación de un Programa de
Gestión Energética en el Centro Agropecuario Marengo - CAM
A comienzos del nuevo milenio se hace indispensable el uso de fuentes energéticas
renovables que reduzcan el daño al ambiente y sean adaptables a los cambios climáticos
que tendrá efectos directos a lo largo de todo el sXXI (IPCC R. A., 2007).
En la actualidad el consumo mundial de energías primarias es cada vez mayor,
principalmente por la creciente demanda de los países en vía de desarrollo y los
estándares económicos que mantienen los países desarrollados. Como se observa en la
Figura 1-2 los combustibles fósiles: carbón, gas natural y petróleo, han predominado el
consumo energético mundial (BP, 2012), aportando actualmente más del 75% de la
energía consumida a nivel mundial, en cambio las energías alternativas aportaron en el
año 2005 el 0.5% y aumentaron su oferta en 0.9% en el año 2010 (IEA I. E., KWES,
2012); en conjunto todas las energías renovables, seguirán aumentando su participación,
pero se necesita de políticas incluyentes que impulse con mayor fuerza el uso de estas
energías.
Figura 1-2: Evolución del consumo de energías primarias, por regiones del globo. (BP,
2012)
La cadena de conversión energética que se muestra en la siguiente figura, la cual
representa el flujo de etapas que se necesitan para que la energía primaria pueda llegar
al usuario final; el paso a un nuevo nivel ocasiona pérdidas de energía debido
principalmente al transporte, la conversión y la forma en que se emplea la energía por
parte del usuario final.

5
Figura 1-3: Cadena de conversión de la energía (Kaltschmitt, 2006).
Pérdidas por
transporte y
conversión
Pérdidas por
transporte y
conversión
ENERGÍAS
PRIMARIAS
Petroleo, Energia
Hidraulica, gas
natural, carbon,
etc.
ENERGÍAS
SECUNDARIA
Briquetas, coque,
biocombustible,
etc.
ENERGÍA FINAL
Pérdidas por
transporte y
conversión
ENERGÍA ÚTIL
Iluminación,
potencia,
calentamiento,
etc.
Briquetas, gas,
biocombustible,
etc.
Pérdidas por
consumo
Las energías disponibles en la etapa de consumo beneficia las necesidades propias de
los cuatro sectores principales: Residencial, Transporte, Servicios e Industria.
Destacándose principalmente el sector de la industria y el transporte, los cuales en
conjunto consumen más del 70% de las energías finales a nivel mundial, estos
indicadores se ilustran en la Figura 1-4. Los derivados fósiles proveen más del 70% de la
energía consumida en estos sectores (IEA I. E., KWES, 2012).
Figura 1-4: Energía consumida por sector productivo para el año 2012 (EIA, 2013)
En el año de 1973 la oferta total de energía primaria era de 6107 Mtoe y en el 2010
aumento en 12717Mtoe (IEA I. E., KWES, 2012); el consumo energético final en el año

de 1973 fue de 4672 Mtoe y 8677Mtoe en el año 2010; en la Figura 1-5 se expone la
clase y porcentaje de energía final consumida para estos dos años. Al comparar el
potencial energético con el consumo final se destaca que en el año de 1973 se
desperdiciaba aproximadamente 23.5% de energía en la cadena de conversión y en el
año 2010 se perdió aproximadamente 31.76%.
Figura 1-5: Consumo final de energías a nivel mundial, comparando los años 1973 y
20102
(IEA I. E., KWES, 2012)
Las expectativas mundiales en cuanto a mitigación y adaptación al cambio climático se
basan principalmente en una transformación definitiva en el modo como se produce y
consume la energía en la actualidad. La Agencia Internacional de Energía – IEA (por sus
siglas en ingles), plantea entre otros un escenario para el año 2035 llamado “450S-2035”
(IEA I. E., KWES, 2012), en este escenario se espera mantener la temperatura global por
debajo de los 2°C y las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en 450 partículas por
millón (ppm), a su vez el escenario supone un consumo de 16961 Mtoe de energías
primarias, que es aproximadamente el doble de lo consumido en el año 2010. También
se propone un escenario de nuevas políticas: “NPS2035”, donde se consumen 14870
Mtoe de energías primarias, pero para alcanzar este objetivo se debe producir un cambio
radical en las políticas energéticas a nivel mundial. Los dos escenarios se ilustran en la
Figura 1-6.
En cuanto emisiones de CO2, En el año 2000 se registraron 369 ppm de CO2 en el
ambiente y actualmente supera las 395ppm (SIO, 2013). Se pronostica para el año 2017
una concentración de 450ppm (IEA I. E., World Energy Outlook 2012 - Resumen
Ejecutivo, 2012), aun con las acciones futuras tomadas por países como China, que
aspira reducir su consumo energético en un 16%, para el año 2015 o las acciones de los
países miembros de la Unión Europea quienes han trazado el “Objetivo 20-20-20” (CE,
2
*Son incluidas las energías alternativas como la geotérmica, solar, eólica, entre otras

7
2008), el cual consiste en reducir el consumo de energías primarias en un 20%,
aumentar en un 20% el uso de energías renovables y disminuir en 20% las emisiones de
gases de efecto invernadero – GEI para el año 2020.
Figura 1-6: Escenarios energéticos propuestos por IEA para el año 20303
(IEA I. E.,
KWES, 2012).
1.2 Situación Energética en Colombia
El sector energético en Colombia representa una importante fuente de sostenibilidad
económica y proyección social. En el año 2009 la energía participo en el 8% del PIB, y
fomento más del 50% de las exportaciones: 31.3% debidas al petróleo y 16.5% por el
carbón (UPME, PDEC, 2010); cada una de las participaciones energéticas se muestra en
la Figura 1-7, donde se compara las energías primarias para los años 2007 y 2009.
En torno a los recursos energéticos se transforman también los ámbitos sociales y
ambientales, y esto se manifiesta en el aumento de la cobertura de gas natural,
electrificación rural, entre otros avances, como consecuencia de las integraciones entre
las instituciones estatales, centros educativos, industrias energéticas y alianzas con
organismos internacionales.
En Colombia más del 70% de la energía primaria del año 2009 estuvo constituida por
petróleo, carbón, y gas natural. Las fuentes hidroeléctricas y de gas natural aumentaron
su participación con respecto a los años anteriores, y el uso de la biomasa ha disminuido
por la sustitución progresiva de la leña por otras fuentes energéticas; sin embargo, como
se observa en la Figura 1-7, la tendencia comparativa entre los años de 1975 y 2009
demuestra que Colombia ha dependido fuertemente de los combustibles fósiles.
3
*Son incluidas las energias renovables como la geotérmica, solar, eólica, entre otras

Figura 1-7: Comparación de la oferta de energía primaria en el año 1975 y 20094
(UPME,
Balances1975-2009, 2011)
En la Figura 1-8 se muestra el consumo interno por tipo de energía final, el cual refleja un
crecimiento en la mayoría de los recursos energéticos desde el año de 1975 y las
tendencias hasta el año 2008, lo cual sugiere una fuerte dependencia de los
hidrocarburos en las dos escalas energéticas, que para el caso de las energías finales
constituye más del 70% (UPME, Balances1975-2009, 2011).
Figura 1-8: Comparación de la oferta de energía secundaria en el año 1975 y 20095
(UPME, Balances1975-2009, 2011)
4
Son incluidas la energía de biomasa y otras renovables como la geotérmica, solar, eólica, entre
otras.
5
Otros : Fuel Oil, Coque, Carbon de Leña, Gases industriales, Bodiesel, Alcohol Carburante, que
participan del 4 al 7% del total de energias segundarias.

9
A partir de los datos anteriores, sobre la oferta en cuanto energías secundarias, y los
datos presentados por la UPME en el año 2008, ilustrados en la Figura 1-9 donde se
muestra el consumo por tipo de sector, se advierte que los sectores con mayor consumo
son el transporte, la Industria y el sector residencia, con una participación del 88%
(UPME, Balances1975-2009, 2011). El transporte, la industria y en menor proporción el
sector agropecuario, son los sectores productivos que consumen energías proveniente
de los hidrocarburos. Los sectores residencial y comercial suplen sus necesidades
energéticas principalmente de la electricidad.
Figura 1-9: Consumo energético final por sectores productivos (UPME, Balances1975-
2009, 2011)
Según lo pronosticado por la UPME (UPME, PEN 2010-2030, 2010), la demanda
energética en las próximas dos décadas aumentara a una tasa media del 2.2%, si se
mantienen los Programas de Uso Racional y Eficiente de Energía y Fuentes no
Convencionales – PROURE. Pero aun en el escenario energético 2030, se dependerá
fuertemente de los hidrocarburos, y esto se refleja en el sector transporte que aumentara
su actual consumo en 2.8%. Se prevé también en este escenario el crecimiento del
sector terciario en una proporción del 5%, que se reflejara principalmente en el mayor
consumo de energía eléctrica.
1.3 Potencial de las energías renovables
1.3.1 Contexto mundial de las fuentes de energía renovables
Las energías renovables no convencionales son la respuesta actual para solucionar los
problemas energéticos del futuro y de esta forma adaptarse a los cambios climáticos que

se esperan a lo largo del SXXI; estas energías están siendo impulsadas inicialmente por
los actuales pronósticos con respecto a la sostenibilidad de los recursos energéticos no
renovables y por la huella contaminante de los materiales fósiles.
Se han considerado como fuentes energéticas renovables las debidas a los combustibles
renovables, provenientes de la biomas o el carbón vegetal, la energía solar,
hidroeléctrica, eólica, mareomotriz y geotérmica (UPME C. M., 2010).
En la Figura 1-10, se muestra el último reporte del Departamento de Energía de los
EEUU (2013), donde se observa la alta participación de este país con respecto a las
principales fuentes de energías no convencionales. El potencial de la energía geotérmica
para fines de generación eléctrica, no será afectado por el cambio climático debido a que
su potencial se encuentra bajo la tierra; pero todas las demás fuentes renovables tendrán
que ser ajustadas en función de estos cambios.
Figura 1-10: Países con las mayores instalaciones de energía eléctrica renovable
(U.S.DepartmentofEnergy, 2013)
Desde el año de 1990 hasta el 2007, la energía eólica fue de las energías renovables o
no convencionales, la de mayor crecimiento, con una tasa anual del 25%, le sigue la
biomasa, biogás y residuos municipales, que en conjunto han aumentado su participación
a una tasa anual del 10.4%.
La energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica alcanzaron un crecimiento anual
del 9.8%; el crecimiento de la energía hidroeléctrica de los países de la Organización
para la Cooperación y el Desarrollo - OCDE fue de 0.4% y de los países por fuera de la
HIDROENERGÍA GEOTÉRMICA EÓLICA SOLAR PV
GENERACIÓN
SOLAR
TERMOELÉCTRICA
BIOMASA
1 China EEUU China Alemania España EEUU
2 Brasil Filipinas EEUU Italia EEUU Brasil
3 EEUU Indonesia Alemania Japón Egipto/Marruecos/ArgeliaAlemania
4 Canadá México España España Irán China
5 Rusia Italia India EEUU India Japón

11
OCDE el crecimiento fue de 3.4% (GENI, 2009). En la siguiente figura se muestra la
participación de estas energías para el año 2010.
Figura 1-11: Comparación porcentual de las energías no convencionales con respecto a
la Energía Global en el año 2010 (REN21, 2012)
1.3.2 Contexto Latinoamérica de las fuentes de energías
renovables
En Latinoamérica la energía renovable está dominada en gran parte por las
hidroeléctricas y los biocombustibles, que representan respectivamente el 45.6% y 47.6%
del total de las energías renovables para el año 2005 (CEPAL, 2008); la participación de
las otras energías se muestra en la Figura 1-12. De los 301 GW de capacidad energética
instalada en América Latina y el Caribe, en el año 2010, el 8% fueron producidas por
fuentes renovables.
Pero esta oferta debe ser apoyada por otras energías renovables, ya que según los
análisis del Panel intergubernamental del Cambio Climático - IPCC de las Naciones
Unidas, la región será afectada por sequias debido a los efectos por el cambio climático
(IPCC G. I., 2002), lo cual puede afectar la capacidad energética de las hidroeléctricas.

Figura 1-12: Compendio porcentual de energías primarias de Latinoamérica (FOMIN,
2012)
Gran parte del territorio latinoamericana cuenta con un constante flujo de recursos
energéticos del tipo solar, hídrico y producción de biomasa natural y agrícola. La
topografía accidentada de la región proporciona las condiciones idóneas para el
aprovechamiento de pequeñas centrales hidroeléctricas (GENI, 2009).
1.3.3 Contexto Colombia frente a las fuentes de energías
renovables
En Colombia, La ley 697 de 2001, fomenta el Uso Racional de la Energía - URE y
promueve el uso de Fuentes No Convencionales de Energía FNCE. Esta ley define el
URE como: “el aprovechamiento óptimo de la energía en todas las cadenas energéticas,
desde la selección de la fuente energética, la producción, transformación, transporte,
distribución y consumo, incluyendo su reutilización cuando sea posible, buscando en
todas las actividades de la cadena un desarrollo sostenible” (URE, 2001).
El estado de Colombia a través del Ministerio de Minas y Energía promovió en el año
2001 el Programa de Uso Racional y Eficiente de Energía – PROURE, que contiene los
siguientes objetivos (Prias, 2010):
a) Promoción, cultura e investigación en el Uso Racional de la Energía –URE.
b) Fomentar el uso de FNCE y eficiencia energética.
c) Implementación de la URE en edificaciones.

13
d) Adaptación al cambio climático y captura de carbono, mediante Mecanismos de
Desarrollo Limpio - MDL
e) Estímulos e incentivos por el uso de tecnologías, productos y proyectos que
incorporen las características URE.
f) Fomento del URE en los sectores productivos.
g) Sustitución de combustibles tradicionales por otros más limpios.
h) Actualización y/o reconversión tecnológica de equipos industriales en función del
URE
La UPME para evidenciar el alto riesgo que existe al no actuar frente a todos los riesgos
que genera la alta dependencia del petróleo, ha expuesto un escenario critico que se
denomina “Hipótesis Básica (UPME C. M., 2010)”, la cual estima las consecuencias, en
un escenario futuro donde el desabastecimiento de petróleo y el calentamiento global a
nivel mundial, afectan las dinámicas sociales de la nación. Pero también plantea como
solución para evitar dicho escenario la aplicación anticipada del PROURE.
Colombia a lo largo de la historia ha aumentado la participación de las energías
renovables, principalmente a escala global el país tiene la fortuna de generar gran parte
de sus demandas eléctricas a partir de las hidroeléctricas (UPME C. M., 2010), las cuales
a diferencia de la generación por carbón o gas natural, no generan GEI a la atmosfera,
aunque producen otras consecuencias al ambiente; las fuentes alternativas proporcionan
el 5% de la energía eléctrica, esto se ilustra en la Figura 1-13.
Figura 1-13: Capacidad de generación eléctrica en Colombia, estimando la participación
porcentual de cada fuente energética primaria (Lezcano, 2011)
La experiencia que se ha adquirido sobre el tema de energías renovables en Colombia,
demuestra que la región presenta un diverso potencial para el desarrollo de energías de

alto y mínimo costo; la energía renovables más económicas para el año 2010, que se
pueden vincular al Sistema Interconectado Nacional - SIN6
, es el sistemas eólico de
100MW con una capacidad instalada, y aun costo por kilovatio de US$1385 (Corpoema,
2012)
La transmisión de energía a lugares remotos, como son las Zonas No Interconectadas–
ZNI, mediante los sistemas tradicionales, resulta ser mucho más costosa que la
generación descentralizada financiada con recursos locales; por ello en Colombia se ha
creado conciencia sobre la importancia de acercar la energía a la necesidad de las
poblaciones que habitan estas zonas. En el año 2010 las ZNI eléctricamente,
representaban aproximadamente el 66% del territorio colombiano y comprendía 16
departamentos (UPME-SPEGCF, 2010); el siguiente mapa muestra la cobertura del SIN
sobre el territorio colombiano.
Figura 1-14: Cobertura de energía eléctrica del Sistema Interconectado Nacional – SIN
(UPME-SPEGCF, 2010)
6
El SIN cubre el 40.8 del territorio nacional y atiende al 95% de la población colombiana (Rojas,
2013)

15
De los 118 MW de energía instalada en ZNI, el 92% corresponde a plantas generadoras
con Diesel, y el restante se genera a partir de biomasa, sistemas fotovoltaicos, y
pequeñas centrales hidroeléctricas (UPME C. M., 2010). En la actualidad existe un gran
potencial de energías no convencionales para abastecer la demanda energética en
regiones apartadas del SIN. Hasta el año 2010 se habían beneficiado de estos proyectos
679.809 personas, y la meta es lograr que 1 millón 350 mil personas que habitan en
estas zonas, gocen del servicio de energía eléctrica permanente (IPSE, 2012).
En el año 2005 la situación comercial del gas natural beneficiaba a 3`883.000 de
usuarios en Colombia a través de 27 agentes distribuidores, de estos usuarios el 98.4%
pertenecen al sector residencial, de los cuales el 70% hacen parte de los estratos 2 y 3
(UPME, GasN, 2003-2005). La cantidad de usuarios beneficiados por este servicio en el
año 2010 fue de 5`767.942 y el 54% de la población colombiana tenía acceso al servicio
(Promigas, 2010). La distribución del servicio beneficia casi en su totalidad a las zonas de
occidente, norte y centro oriente, pero gran parte del territorio rural no cuenta con este
suministro por lo cual debe usar leña u otras biomasas para apoyar sus necesidades
básicas.
Figura 1-15: Cobertura de Gas Natural comercial en el territorio de Colombia (UPME, La
Cadena del Gas Natural en Colombia, 2003-2005)

El Plan Energético Nacional 2010- 2030, contempla cuatro objetivos (UPME, PEN 2010-
2030, 2010):
- Aumentar la confiabilidad y reducir la vulnerabilidad del sector energético
colombiano
- Maximizar la contribución del sector energético colombiano la sustentabilidad
macroeconómica a la competitividad y desarrollo del país
- Contribuir al desarrollo sostenible en sintonía con las tendencias mundiales
- Adecuar el marco institucional a la política energética nacional.
1.3.4 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas – PCH
La potencia instalada de energías renovables a nivel mundial en el año 2011 fue de
1360GW, de lo cual los sistemas en hidroeléctricas aportaron 970GW (REN21, 2012).
Las centrales hidroeléctricas a gran escala proveen aproximadamente la cuarta parte de
la energía eléctrica consumida en todo el mundo. En la Figura 1-16 se muestra que
China es el país con la mayor participación de energía hidroeléctrica. En algunos países
la energía eléctrica se logra casi totalmente a través de este medio: Noruega (99%),
Zaire (97%) y Brasil (96%) (UPME C. M., 2010).
Figura 1-16: Capacidad total mundial de Hidroenergia para el año 2011 (REN21, 2012)
Las PCH son dispositivos equipados con elementos electromecánicos que proveen
energía eléctrica de baja potencia al transformar la energía potencial y cinética del agua.
El transporte de la energía eléctrica hasta el centro de consumo se hace mediante líneas
de transmisión para ser consumido por los usuarios del servicio. La clasificación de las

17
centrales hidroeléctricas a pequeña escala varía según el autor, la UPME clasifica las
PCH del siguiente modo (UPME C. M., 2010):
- Picocentrales: capacidad instalada de 1 – 10 kw
- Microcentrales: capacidad instalada de 10 a 100kW
- Minicentrales: capacidad instalada entre 100 y 1000kw
- PCH: capacidad instalada entre 1000 y 20000 kw
En general todos los dispositivos para la generación de energía eléctrica a pequeña
escala se han convertido en piezas fundamentales para el suministro de energía en
regiones aisladas. Los sistemas PCH proveen una potencia significativa que puede
apoyar las necesidades eléctricas de una comunidad desprovista del SIN o apoyando la
red.
Los sistemas PCH de embalse representan un riesgo para la fauna y flora local, ya que
modifican el equilibrio fisicoquímico del agua, por esto es importante tener en cuenta los
costos y beneficios al usar grandes extensiones de terreno en el uso de estos sistemas,
confrontado con la protección del ecosistema o la implementación de otras energías
alternativas (UPME C. M., 2010).
Las PCH con derivación, también llamadas de “filo de agua”, son la mejor alternativa
cuando se quiere generar energía eléctrica de baja potencia, a los costos ambientales y
financieros más bajos, ya que no se necesita un embalse y se puede implementar
tecnología local (D.Mora, 2004). En la siguiente figura se observa el esquema general de
este tipo de instalaciones.
Figura 1-17: PCH con derivación: Imagen de la Izquierda: Esquema de PCH con
derivación7
. Imagen de la Derecha8
(CECU, 2004)
7
1)Bocatoma, 2-3) canal de transporte,4) tanque de presion, 5)tuberia de presion, 6) canal de
salida
8
1)Turbina, 2) generador electrico, 3) transformador, 4) equipos auxiliares, 5)linea de
interconexion.

Las centrales hidroeléctricas con una potencia inferior a las PCH, suelen ser integradas
con sistemas de almacenamiento para así suministrar energía local de forma continua,
para suministrar iluminación en zonas apartadas y cubrir otras necesidades básicas. La
ventaja de los equipos en escala de mini centrales, microcentrales y picocentrales, es la
posibilidad de ser fabricados y ensamblados localmente (ITDG-PERU, 1995).
Para el desarrollo de un proyecto con PCH, se suelen realizar estudios de pre factibilidad
técnica los que incluyen: cálculos del potencial hidráulico local, el tipo de tecnología que
mejor se adapta a este potencial, necesidades energéticas de la comunidad, alcances de
las obras civiles, e instalación de las líneas de transmisión requeridas. En algunos
proyectos es preferible contar con la ayuda de la comunidad para que se apropien del
proyecto y su mantenimiento (ITDG-PERU, 1995).
De todas las fuentes no convencionales de energía – FNCE instaladas en Colombia, las
PCH son las de mayor participación en las ZNI (Tabla 1-1). Desde finales del siglo XIX se
han instalado PCH en las ciudades de Bogotá, Bucaramanga, Cúcuta y Santa Marta
(UPME C. M., 2010); luego entre los años de 1930-1960 se promovió la importación de
estos equipos debido a la oferta y expansión del servicio energético. En la actualidad se
han instalado PCH en Nariño, Choco, Guajira y Meta, a través del Instituto nacional para
la Promoción de Soluciones Energéticas - IPSE y su plan de energización en ZNI.
Tabla 1-1: inclusión de las fuentes no convencionales de energía en el Sistema
Interconectado Nacional (UPME C. M., 2010)
Las PCH son fundamentales para contrarrestar el efecto que tendrá un eventual cambio
climático, principalmente en las ZNI. Se ha estimado que en todo el territorio colombiano
existe un potencial de 25000 MW de energía eléctrica que puede estar disponible
mediante la implementación de PCH y un potencial de 93GW en proyectos mayores de
100MW (UPME C. M., 2010). La figura 1-18 muestra la distribución de estos equipos
instalados sobre el territorio colombiano.
PCH 146 75,90%
Eólica 26,9 14,00%
Biomasa 19,5 10,10%
Total 192,4 100,00%
Tecnología
Capacidad
Instalada (MW)
Participación

19
Figura 1-18: Pequeñas centrales hidroeléctricas instaladas sobre el territorio colombiano,
que se encontraban en operación hasta el año 2002 (UPME C. M., 2010)
Es importante crear soluciones integrales con otras FNCE o sistemas híbridos (D.Mora,
2004) y tecnologías de almacenamiento energético, ya que en conjunto estos sistemas
proveen una herramienta eficaz para enfrentar el desabastecimiento energético en
regiones con inestabilidad climática, aprovechando los recursos renovables existentes
localmente, y mitigando posibles oscilaciones en el suministro energético de las centrales
hidroeléctricas de pequeña escala
1.3.5 Energía eólica
La energía eólica es la fuente renovable de mayor crecimiento en los últimos tiempos; en
el año de 1996 la capacidad mundial estaba por debajo de los 10GW y en el año 2011 la
capacidad fue de 238GW (REN21, 2012), y para mediados del año 2012 fue de 254 GW
(WWEA, 2012). En el año 2012 EEUU instalo aproximadamente 2.9GW y China 5.4GW,
lo que representa un total de 49.8GW (EEUU) y 67.7 GW (China) de energía eólica
instalada para estas dos naciones. En la siguiente grafica se ilustra el crecimiento
exponencial de esta energía a lo largo de la historia.

Figura 1-19: Capacidad total de potencia instalada a nivel mundial, 1996-2011 (REN21,
2012).
El potencial de energía contenido en el viento es generado por el 2% de la energía que
llega del sol a la atmosfera terrestre, de esta energía el 35% se disipa a un kilómetro del
suelo, y tan solo es útil para fines de generación eléctrica 1/13 parte del restante 75%. La
eficiencia actual de los aerogeneradores es de aproximadamente el 40% (IDAE I. p.,
2006). Para lograr el máximo aprovechamiento de la energía contenida en el viento se ha
diseñado aerogeneradores con un área mayor de cobertura; en la siguiente imagen se
muestra la evolución en el diseño de estos equipos:
Figura 1-20: Desarrollo del potencial eléctrico en los aerogeneradores desde 1980 hasta
2010 (NREL, 2012)
Los dos factores para evaluar el potencial del viento son su velocidad y dirección. En
general se estima que una velocidad de viento efectiva para la generación eléctrica debe
estar en el rango de 4 a 25 m/s, pero cada aerogenerador se diseña con unos
0
50
100
150
200
250
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
Gigavatios
Año

21
parámetros establecidos de funcionamiento; la clasificación del potencial eólico en
función de la velocidad del viento se muestra en la Tabla 1-2. El potencial de energía útil
contenido en la masa de aire depende de su densidad, la velocidad del viento y el área
barrida por el rotor.
Tabla 1-2: Clasificación del potencial eólico (UPME C. M., 2010)
La potencia instalada en Latinoamérica y El Caribe fue de 652 MW tan solo durante el
año 2008 y 1254MW en el año 2009 (REN21, 2012); se espera que esta tendencia se
conserve, ya que Latinoamérica ha progresado en el desarrollo de instrumentos
progresivos que promueven un cambio hacia el uso de estas tecnologías, y también se
debe a la situación favorable del mercado actual. En la siguiente tabla se recopila el
potencial eólico total de cada uno de los países de Latinoamérica hasta el año 2008
Tabla 1-3: Potencial Eólico en Latinoamérica, en el año 2008 (GWEC B. -W., 2011).
En Colombia desde los años ochenta se han hecho estudios sobre el potencial eólico del
país a través de instituciones y el apoyo de organismos internacionales. La primera
1 Marginal 125-250 5,9 - 7,4
2 Moderado 250-375 7,4 - 8,5
3 Bueno 375-500 8,5 - 10
4 Excelente 500-750 10 - 10,7
5 Excelente 750-1000 10,7 - 11,8
6 Excelente 1000-1245 11,8 - 12,7
Clase
Potencial Eólico /
Empresa
generadora
Densidad de
Potencia Eólica
(W/m2)
Velocidad
del Vientos
(m/s) a 50 m
Argentina 115213 15000 40 58,3 0,4
Brasil 455712 143000 96 1004,1 0,7
Chile 58510 40000 210 193,0 0,5
Colombia 57162 21000 113 19,5 0,1
Costa Rica 9484 200 6 123,8 61,9
Rep Dominicana 15414 10200 203 33,0 0,3
El Salvador 5639 150 8 0,0 0,0
Guatemala 8717 200 7 0,0 0,0
Honduras 6537 150 7 102,0 68,0
México 236006 5000 92 717,0 1,0
Nicaragua 3361 200 18 63,0 31,5
Panamá 6427 300 14 0,0 0,0
Perú 32448 22452 212 0,0 0,0
PAÍS
% Potencial
Eólico
explotado
Producción
Eléctrica 2008
[GWh]
Potencial
Eólico (MW)
%
Producción
eléctrica con
Eólica
Capacidad
Instalada
eólica (MW)

investigación sobre el potencial eólico se desarrolló en la Costa Atlántica, fue impulsado
por el Instituto Colombiano Agropecuario (ICA), la Corporación de Energía de la Costa
Atlántica (CORELCA), y la Sociedad Alemana de Cooperación Técnica (GTZ por sus
siglas en alemán). El estudio más reciente elaborado por la UPME y el IDEAM (2006),
determino el potencial eólico mensual y anual, a una altura de 20 y 50 m. En el Figura 1-
22 se ilustran los dos mapas que resumen el potencial a lo largo del año de estas dos
alturas. De dicho estudio se estableció que el máximo potencia a una altura de 20 m se
encuentra en la región de la Guajira con 1000-1331 W/m2 y a una altura de 40m en la
misma localización el potencial es de 1331-1728 W/m2 (UPME C. M., 2010). Se ha
establecido que cualquier potencial de generación eólica por debajo de los 500W/m2, no
es útil para instalaciones a gran escala, pero pueden ser viables en proyectos menores
en ZNI.
Figura 1-21: Densidad de potencial eólico a una altura de 20 (izq.) y 40 metros (der)9
(MME, Atlas de Viento Energìa Eòlica de Colombia, 2006)
Actualmente Colombia cuenta con el parque eólico de Jepirachi, ubicado en la Guajira,
con una capacidad instalada de 19.7MW (UPME C. M., 2010), perteneciente a las
Empresas Públicas de Medellín - EPM. También en el departamento de la Guajira se
9
Mapas de la “Densidad de potencial eólico a una altura de 20m sobre el promedio multianual”
(imagen de la izquierda); “Densidad de potencial eólico a una altura de 50m sobre el promedio
multianual” (imagen de la izquierda). La imagen fue modificada para que las conveniciones fueran
mas visibles.

23
encuentra el “Sistema Hibrido de Nazaret”, que se caracteriza, por tener una capacidad
total instalada de 725 kW, integrado por 2 generadores diesel, 2 aerogeneradores de 100
kW c/u y un generador GLP de 150kW; este proyecto beneficia a 1030 habitantes de las
comunidades adyacentes y fue apoyado a través del IPSE
1.3.6 Energía Solar
La energía solar es el recurso energético más confiable a largo plazo y de forma indirecta
es el responsable, junto con la rotación y el calor interior de la tierra, de todas las otras
fuentes energéticas existentes (SE, 2008); la energía solar es la energía renovable a
pequeña escala más importante, ya que reduce la contaminación, se puede adaptar a los
efectos del cambio climático y mantiene estable el costo de los combustibles (GENI,
2009).
El potencial de energía solar que impacta sobre la atmosfera terrestre es de 174 Peta
vatios (PW), de lo cual un tercio es reflejada al espacio y el restante 3`850.000 de
exajoules (EJ), se absorbe en los océanos, la atmosfera y sobre la superficie terrestre
(GENI, 2009). Se estima que cada segundo el planeta es impactado por una energía
equivalente al potencial requerido para encender 4 trillones de bombillos de 100 vatios;
también que la energía captada en una milla cuadrada (aproximadamente 1.61
kilómetros cuadrados), equivale al potencial energético de 4 millones de barriles de
petróleo. Pero esta energía solar es un recurso discontinuo debido a la rotación de la
tierra y la interferencia de las nubes.
Figura 1-22: Promedio anual de radiación UV (280-400nm) en el plano horizontal (J/cm2)
para los años 1990-2004 (Mines-Paris, 2006)

En la actualidad existen tres tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar, las
cuales dependen fuertemente de la radiación y la temperatura captada (IDAE,
ManualAuditGan, 2010):
- Instalaciones de energía solar térmica - EST, que opera a bajas temperaturas
(inferior a 100°C), las cuales producen agua caliente usada en saneamiento,
calefacción y recientemente en equipos de refrigeración.
- la tecnología EST de mediana y alta temperatura, con sistemas concentradores
solares, opera por encima de los 100°C, y se usan para la generación eléctrica a
gran escala.
- la energía solar fotovoltaica – ESF, es una tecnología que aprovecha la energía
generada entre dos materiales semiconductores para producir electricidad.
La fabricación de estas tecnologías implica la producción de GEI, pero se ha demostrado
que los efectos al medio ambiente son menos perjudiciales que los debidos al
implementar energías fósiles (V.Fthenakis, 2008)
El sector fotovoltaico ha tenido en los últimos años un crecimiento anual medio superior
del 30% y cubrió el 5% del mercado global de energías. La capacidad instalada de
energía solar a nivel mundial, mediante tecnologías ESF y EST de alta temperatura, es
de 24 GW, de los cuales 4 GW son sistemas aislados (REN21, 2012). Se espera una
mayor cobertura de estos sistemas debido al desarrollo de tecnologías más eficientes y a
la inclusión de nuevos fabricantes a nivel mundial.
En el sector agrícola es de gran importancia el uso de la EST de baja temperatura para el
saneamiento de las instalaciones y la higiene de los animales. La implementación de la
tecnología ESF es de gran relevancia por las características que presentan las ZNI
(IDAE, ManualAuditGan, 2010); otras aplicaciones de las ESF son: bombeo de agua
desde el subsuelo o “bombeo solar”, tratamiento de aguas por radiación ultra violeta para
cauces de agua relativamente pequeños, alumbrado de exteriores e interiores, carga en
cercas eléctricas y recientemente se emplea para activar estaciones meteorológicas y
otros sistemas electrónicos de bajo consumo eléctrico.
El uso de energías ESF en Latinoamérica no ha tenido gran relevancia, debido
principalmente a los costos iniciales de las instalaciones y el desconocimiento que tienen
las comunidades sobre esta tecnología; Los países de la región cuentan con una
capacidad instalada de 1 a 10 MW de ESF (UPME C. M., 2010). La tecnología EST ha
penetrado con mayor fuerza y se usa principalmente para el calentamiento del agua. La
incorporación a mayor escala de estas tecnologías en zonas aisladas, requiere del
acompañamiento del estado y de la participación activa de las comunidades, para
mantener y administrar las tecnologías.

25
A través del Instituto De Estudios Ambientales - IDEAM, Colombia ha podido construir un
sistema de información del potencial de energía solar, lo cual ha resultado en una serie
de investigaciones cuyos resultados se encuentran en documentos, como el Atlas de
Radiación Solar de Colombia (UPME-IDEAM, 2005). En la siguiente figura se muestra
uno de los mapas que hace parte de este documento desarrollado por la UPME y el
“Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales” - IDEAM, donde se
observa que la región con mayor potencial de energía solar es la Guajira con 2190
kwh/m2/año, seguido por la Costa Atlántica con 1825 kwh/m2/año (UPME C. M., 2010).
Estos valores adquieren una mayor relevancia al ser comparados con el máximo valor
por radiación a nivel mundial que es de 2500 kwh/m2/año.
Figura 1-23: Mapa promedio diario multianual de radiación solar10
(UPME-IDEAM, 2005)
En Colombia se han comercializado equipos EST y ESF desde los años setentas,
especialmente durante el periodo de los años ochenta y comienzos de los años noventa
se impulsó el uso de sistemas de calentadores solares en urbanizaciones de Medellín y
Bogotá, también en instituciones, centros hoteleros; miles de estos equipos fueron
fabricados por el Centro “Las Gaviotas” y otros importados por empresas nacionales
(UPME C. M., 2010). Hasta el 2009 el país tenía instalado más de 110.000 m2 de
colectores, que representan aproximadamente 77MW de potencial energético; en caso
10
La imagen fue modificada para que las conveniciones fueran mas visibles.

dado que todos estos equipos estuvieran en buenas condiciones evitarían: 281.776
toneladas de CO2 de emisiones a la atmosfera durante su vida útil.
La tecnología ESF en Colombia se ha enfocado al sector rural, con el fin de satisfacer
necesidades básicas en las comunidades apartadas del SIN. La introducción de estos
sistemas, fue apoyado en los años ochenta, por el programa de Telecomunicaciones
Rurales de Telecom y la Universidad Nacional de Colombia, en ese entonces se
instalaron 2950 sistemas fotovoltaicos de 60 vatios pico, lo que permitió en su momento
el uso de las telecomunicaciones en zonas aisladas del país (UPME C. M., 2010).
Actualmente el IPSE, es la institución que lidera este tipo de proyectos para la
energización rural.
1.3.7 Biomasa
La biomasa es un material orgánico que posee energía acumulada, la cual puede ser
transportada, transformada e implementada de muchas formas. Este material se obtiene
de residuos vegetales, animales y microbiológicos (como las algas); puede estar
presente en forma líquida, solidad y gaseosa (UPME C. M., 2010). La biomasa se puede
clasificar según su origen: Animal o Vegetal y también se clasifica según la fuente de
donde se obtuvo (Teacher, 2010):
- Biomasa natural: proviene de ambientes forestales no intervenidos por el hombre
- Biomasa residual: provenientes de la agroindustria, ganadería y desechos
urbanos
- Biomasa cultivable: este subgrupo son todos los cultivos vegetales con fines
energéticos.
La bioenergía aporta aproximadamente el 77% del total de energía primaria producida a
partir de energías renovables a nivel mundial. En EEUU se busca que la biomasa sea la
mayor fuente de energía eléctrica por medio renovable para el año 2030 (SECO, 2010).
La energía eléctrica producida con biomasa a nivel mundial fue de 500MW en el año
2010, de los cuales 143MW se producían en España mediante los cultivos de olivares
(Còrdoba, 2009). Los mayores productores de biomasa a nivel mundial son Brasil,
Estados Unidos y Canadá, y los mayores consumidores están distribuidos China, Japón y
en los países europeos (UPME C. M., 2010).En la siguiente figura se compara el poder
energético proveniente de la biomasa con el uso del suelo, esta trazabilidad se hace ya
que esta energía proviene de alguno de estos usos del suelo, donde se advierte que la
biomasa producida por la primera cadena de la industria agropecuaria es del 41%.

27
Figura 1-24: Comparación entre el potencial de energía proveniente de biomasa y uso del
suelo a nivel mundial en el año 2012 (Adaptado de (Kopetz, 2013))
Para facilitar el transporte de la biomasa y hacer de este recurso un producto rentable y
de alto potencial energético, las dimensiones del material deben ser uniformes; esto se
logra mediante la técnica de la peletizacion, en la cual se usan máquinas para reducir el
tamaño de la biomasa y posteriormente condensarlas mediante compactación. En la
Figura 1-26 se muestra el proceso completo para obtener este material. La forma del
pelets es un cilindro con unas dimensiones estandarizadas, por las normas locales donde
se hace uso del producto; por ejemplo en Europa la calidad y dimensiones del pelet se
basan en la norma EN 14961-2. Los dos tamaños comerciales de este producto se
conoce como pelet y briqueta, esta última suele ser de mayor tamaño. Europa, Estados
Unidos y Canadá han implementado el uso de los pelets como recurso energético para el
calentamiento de hogares y combustible en calderas con una potencia menor a 10KW
(UPME C. M., 2010).
Figura 1-25: Proceso para la obtención de pelets (Karwandy, 2007)
Transporte –
Almacenamiento
Alimentación
Secado EnfriamientoMolienda Peletizado Tamizado
Empacado
Almacenamiento
Entrega
Proceso de Peletizado Distribución
La industria de biomasa densificada se desarrolló inicialmente en países europeos, como
Alemania, Suiza y España. China aspira para el año 2020, suplir el 10% del total de
energía consumida a través de la biomasa, y para ello ha planeado la construcción de
cincuenta plantas de cogeneración que operarían con pellets de forraje (Karwandy,
2007). Los tres países con mayor uso de esta tecnología en América Latina son Brasil,
Argentina y Chile, pero su producción se consume internamente.
Para convertir la biomasa en energía o combustible, es necesario someter el material a
procesos termoquímicos que modifiquen su estructura, con lo cual se obtiene un

compuesto 85 a 95% del material original, en función del proceso implementado. El
combustible obtenido se encuentra en forma gaseosa, líquida o sólida. En la siguiente
imagen se muestra un esquema que representa los distintos tipos de conversión
termoquímica.
Figura 1-26: Proceso de conversión de la Biomasa (UPME C. M., 2010)
El proceso de conversiones de biomasa más empleado es la combustión, el cual se
considera un proceso neutro en el balance de dióxido de carbono (CO2), ya que la planta
o vegetal libera a través de la combustión la energía y carbono que había tomado del
ambiente (IEA, BPEE, 2010). Las aplicaciones en las que se usa esta conversión son:
para la calefacción de estufas mediante leña u otra biomanasa agropecuaria o de los
bosques, producción de electricidad, propulsión en turbinas de gas, entre otros.
El proceso de pirolisis descompone el material orgánico mediante una serie de
reacciones químicas que intervienen por la acción del calor y un medio carente de
oxígeno. El aprovechamiento industrial de la pirolisis se puede hacer en cualquiera de los
siguientes tres estados: en forma de gas implementado principalmente como
calentamiento, en forma líquida como alquitrán o combustible para motores y en forma
sólida como el carbón de leña, sin producir humos contaminantes.

29
A través de los procesos termoquímicos también se obtener combustibles gaseosos, y en
función de su conversión se pueden transformar en combustibles sintéticos o para la
generación eléctrica mediante la gasificación integrada en ciclo combinado – IGCC (por
sus siglas en ingles); En la Tabla 1-4, se muestran los poderes caloríficos de distintos
gases
Tabla 1-4: Clasificación de los gases según el poder Calorífico (Prias, 2010)
Producto Características
Gas de bajo BTU (150 –
300 BTU/pie3
)
Elaborado con aire. Contiene cerca al
50% de nitrógeno, mezcla de H2, CO
y traza de otros gases como metano
(CH4)
Gas de síntesis (300– 500
BTU/pie3
)
Elaborado con oxígeno. En su
composición es predominantemente
H2 y CO con algo de metano (CH4) y
gases no combustibles
Gas de bajo BTU (980 –
1080 BTU/pie3
)
Elaborado a partir del gas de síntesis,
Casi todo metano.
El principal proceso biotecnológico para la obtención de alcohol carburante es mediante
la fermentación anaeróbica de glucosa proveniente de la caña de azúcar, el maíz o el
sorgo; este compuesto químico llamado etanol, se produce también transformando en
glucosa la celulosa; el proceso se conoce como “alcohol de segunda generación” (UPME
C. M., 2010), cuya característica principal es la de usar recursos que no afectan la
seguridad alimentaria de la humanidad, ya que la celulosa es el producto químico natural
más abundante en la tierra.
A través del gas de síntesis en combinación con otras reacciones se obtiene Biogasolina
y Biodiesel; el primero generado por la acción de bacterias que consumen material
orgánico o sustratos agroindustriales en un ambiente anaeróbico. Por su parte el
biodiesel es creado a partir de la canalización básica, donde se obtienen los esteres
metílicos o etílicos de los triglicéridos presentes en los aceites vegetales, proveniente
entre otros de la palma de aceite, soya e higuerilla. (UPME C. M., 2010). El uso final de
un gran porcentaje de las energías se consume principalmente en el sector de transporte,
El alcohol carburante y el biodiesel son una alternativa actual para mitigar los efectos
contaminantes en el uso de combustibles procedente del petróleo y a su vez promover el
desarrollo agrícola.
EEUU y Brasil producen más del 70% del etanol en el mundo, con cerca de 15000
millones de galones (UPME C. M., 2010). Brasil ha conseguido sostener gran parte de
los requerimientos en combustible del sector transporte a partir del etanol, y tiene un
mayor rendimiento de producción que los EEUU, debido a que implementan como

materia prima la caña de azúcar, que es más efectiva para estos fines que el maíz
implementado en EEUU.
En Colombia se han creado mecanismos legislativos para impulsar el uso del etanol,
incluyendo la reducción de impuestos al combustible producido con biomasa y la
formulación de mezclas 10% etanol con 90% de gasolina; esta medida puede evitar la
emanación de 6 millones de toneladas de CO2 (UPME C. M., 2010). La primera planta de
etanol en el país, se ubicó en el ingenio de Cauca, tiene una producción de 300.000 litros
diarios, y para el 2009 todas las plantas instaladas en Colombia producían en conjunto
diariamente 1`050.000 litros por día. En la Tabla 1-5 se muestran las principales plantas
de producción de etanol. Aun con esta producción se hace necesario aumentar el
número de plantas para cubrir la demanda nacional de 2`500.000 litros diarios, que son
necesarios para mezclar el 10% de etanol en la gasolina de todos los automóviles.
Tabla 1-5: Destilerías de etano hasta el año 2009 (UPME C. M., 2010)
Planta
Localidad/
departamento
Capacidad
instalada
(l/día)
Producción
promedio
(l/día)
Área
sembrada
(has)
Empleos
Materia
prima
Incauca
Cauca,
Miranda
300.000 29% 10.781 1.941 Caña
Manuelita Valle, Palmira 250.000
61%
8.984 1.617 Caña
Providencia Valle, Palmira 150.000 8.984 1.617 Caña
Mayagüez
Valle,
Candelaria
150.000 5.390 970 Caña
Risaralda
Risaralda, La
Virginia
100.000 10% 3.593 647 Caña
Total 1.050.000
67% (de la
capacidad
total)
37.732 6.792
Fue hasta la primera crisis del petróleo (1973), cuando se consideró implementar
comercialmente el biodiesel mediante el procesamiento de aceites vegetales, como un
buen sustituto para la gasolina. La primera planta procesadora de biodiesel se construyó
en Austria en el año 1985, y actualmente se busca mejorar la combustión de este
compuesto en los automóviles (UPME C. M., 2010).
En Europa se ha expandido el uso de biodiesel producido a partir del aceite de la semilla
de canola, soya, girasol y palma, este biodiesel denominado RME (Repeseed Methyl
Ester) se implementa en proporciones de un 5% (B5) hasta un 20% (B20); en Alemania y
Austria se usa en estado puro (B100). Alemana, Francia, España e Italia producen en
conjunto el 60% del biodiesel de toda Europa (2009), el cual se estima en 9613 millones
de tonelada. EEUU produjo 700 millones de galones en el año 2008.

31
Colombia desarrolla el 1.2% de la producción mundial de Biodiesel (UPME C. M., 2010),
y cuenta con 6 plantas de producción con capacidad de 426.000 toneladas por año.
Actualmente se están desarrollando otras dos plantas con una producción de 110.000
toneladas anuales; todo el biodiesel está destinado para la mezcla B10 que es ordenada
por la legislación colombiana
Actualmente China y la india son los mayores consumidores de biogás a nivel mundial;
producido a partir de residuos de aceite de palma, aguas residuales y ganado. China
aspira en el año 2020 agregar 3GW de energía eléctrica a la red principal mediante el
uso de este recurso (UPME C. M., 2010). En Europa para el año 2010 existían 5900
plantas de biogás con un capacidad eléctrica de 2300 MW, de las cuales 3700, de estas
plantas se ubican en Alemania.
Se estima que EEUU produce 6332 MWh/año a partir de residuos ganaderos, de este
total 3148 MWh/año provienen de granjas porcinas. En la planta de aguas servidas la
Farfana en Chile, se procesa biogás, que beneficia a 30mil personas y evita la emisión de
22 mil toneladas de CO2, lo que equivale a la quema de 8200 toneladas de carbón al año
o la reforestación de 3000 hectáreas de bosque. El siguiente esquema muestra el modo
como se puede hacer uso de la biomasa producida por el ganado.
Figura 1-27: Esquema de valorización de residuos ganaderos, implementando digestores
anaeróbicos y producción de biogás (IDAE, ManualAuditGan, 2010)

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