demanda energética del sistema de transporte masivo
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Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería
7-2021
Demanda energética del sistema de transporte masivo Demanda energética del sistema de transporte masivo
Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 - 2040 Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 - 2040
Carlos Sebastian Castro Castro Universidad de La Salle, Bogotá, [email protected]
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DEMANDA ENERGÉTICA DEL SISTEMA DE TRANSPORTE MASIVO
TRANSMILENIO EN EL HORIZONTE DE LARGO PLAZO 2020 - 2040
CARLOS SEBASTIAN CASTRO CASTRO
42151115
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
2021
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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DEMANDA ENERGÉTICA DEL SISTEMA DE TRANSPORTE MASIVO
TRANSMILENIO EN EL HORIZONTE DE LARGO PLAZO 2020 - 2040
CARLOS SEBASTIAN CASTRO CASTRO
TESIS DE INVESTIGACIÓN PRESENTADA COMO REQUISITO PARA OPTAR POR
EL TÍTULO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
DIRECTOR:
JHON JAIRO PÉREZ GELVES, PH. D,
DOCENTE DE PLANTA
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
EFICIENCIA ENERGÉTICA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
2021
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma presidente del Jurado
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Firma Jurado
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Firma Jurado
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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DEDICATORIA
Dedico la presente tesis a Dios, por colmarme de salud,
voluntad, ilusión y por rodearme de las personas a quienes hoy dedico este logro de mi vida.
Con todo mi corazón a mi madre Martha Lucía Castro, quien, con su labor de madre y padre,
sacrificio, apoyo y su incomparable amor ha hecho de mí un hombre ético y con grandes
aspiraciones.
A mis hijas Natalia Isabella y Sara Lucía, quienes son mi razón de ser, lo que más amo y mi mayor
motivación.
A mi hermana Estefanie Natalia, por su apoyo y quien es mi gran ejemplo a seguir.
A mi hermana Paula Alejandra, por su incondicional amor.
A mi hermana Karol Sofia, por su ternura y confortable compañía.
A mi sobrino Samuel Alejandro, para que veas en mi un ejemplo a seguir.
A mi amigo del alma Sebastian Felipe, por su respeto, cariño y amistad incondicional.
A mi abuela Elsa Robayo, quien me acompaña en todo momento, en su memoria dedico este
triunfo.
Con todo mi amor les dedico este logro, sin ustedes no hubiese sido posible.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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AGRADECIMIENTOS
A mi alma máter, la Universidad de La Salle, por formarme como un Ingeniero Electricista
con excelencia académica, ética y con sentido social.
A Grupo VTEK S.A.S., por la confianza y formación profesional brindada.
Agradezco a mi director el ingeniero Jhon Jairo Pérez, por el apoyo y confianza brindada,
además de su valiosa tutoría y compañía en el desarrollo del presente documento académico.
A todos los demás profesores que con su profesionalismo me brindaron educación integra y
de calidad.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ............................................................................................................................. 8 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 9 1. CAPITULO I. FUNDAMENTACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN............................ 10
1.1 Planteamiento del problema ................................................................................... 10 1.1.1 Descripción del problema ............................................................................... 10 1.1.2 Formulación del problema ............................................................................... 11
1.2 Justificación ............................................................................................................ 11 1.3 Alcance ................................................................................................................... 12
1.4 Objetivos ................................................................................................................. 12 1.4.1 Objetivo General.............................................................................................. 12 1.4.2 Objetivos específicos ....................................................................................... 12
1.5 Metodología ............................................................................................................ 12
2. CAPITULO II. DEFINICIONES Y ESTADO DEL ARTE ........................................ 14 2.1 Definiciones ............................................................................................................ 14
2.1.1 Bottom-Up ....................................................................................................... 14 2.1.2 Demanda Energética ........................................................................................ 14 2.1.3 Intensidad Energética ...................................................................................... 14
2.1.4 Función de Demanda ....................................................................................... 14 2.1.5 Tasa de Crecimiento ........................................................................................ 15
2.1.6 Descripción de las Variables Operacionales de Transmilenio ........................ 15 2.1.7 Vehículos por Kilómetro (vkm) ...................................................................... 16 2.1.8 Pasajeros por Kilómetro (pkm) ........................................................................ 16
2.1.9 Energía Usada (eu) .......................................................................................... 17 2.2 Marco Normativo ................................................................................................... 17
2.3 Breve Revisión del Estado del Arte ........................................................................ 18 3. CAPITULO III. DESARROLLO METODOLÓGICO ................................................ 19
3.1 Diseño Propuesto ........................................................................................................ 19 3.2 Método ........................................................................................................................ 21
3.3 Escenarios de la Metodología Propuesta .................................................................. 24 3.3.1 Escenario de Referencia (BAU “Business as usual scenario”) ........................... 24 3.3.2 Escenario Alto ................................................................................................... 25
3.3.3 Escenario Bajo ................................................................................................... 25 4. CAPITULO IV. RESULTADOS Y ANÁLISIS .......................................................... 25
4.1 Resultados Escenario de Referencia (BAU) ............................................................... 27 4.1.1 Comportamiento de la demanda buses articulados.............................................. 29 4.1.2 Comportamiento de la demanda buses biarticulados .......................................... 30 4.1.3 Comportamiento de la demanda buses modales .................................................. 31
4.2 Escenario Alto ............................................................................................................ 32 4.2.1 Comportamiento de la demanda en el Sistema Transmilenio ............................. 32 4.2.2 Comportamiento de la demanda buses articulados.............................................. 33
4.2.3 Comportamiento de la demanda buses biarticulados .......................................... 34 4.2.4 Comportamiento de la demanda buses modales .................................................. 36
4.3 Escenario Bajo ............................................................................................................ 36 4.3.1 Comportamiento de la demanda en el Sistema Transmilenio ............................. 36 4.3.2 Comportamiento de la demanda buses articulados.............................................. 38
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4.3.3 Comportamiento de la demanda buses biarticulados .......................................... 39
4.3.4 Comportamiento de la demanda buses modales .................................................. 40 5. CAPITULO V. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES .......................... 41 Bibliografía ........................................................................................................................... 43
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RESUMEN
El proyecto propuesto parte de la necesidad de dimensionar la demanda energética del
Sistema Transmilenio y la cuantificación en la reducción de emisiones de este, según la
creciente demanda en el servicio del sistema con un horizonte a largo plazo. Razón por la
cual la información y análisis que se pueden extraer de este proyecto servirían de gran apoyo
para la toma de decisiones a los encargados de la administración energética, ambiental y de
movilidad de la ciudad; así como servir de referente para la implementación de estudios
similares en grandes ciudades con características demográficas, económicas, sociales y
ambientales análogas a la ciudad de Bogotá D.C.
Cuantificar, determinar, modelar y simular el consumo energético del sistema Transmilenio
troncal según tecnología, empleando el modelo Bottom-Up y usando como herramienta de
simulación el software LEAP.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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INTRODUCCIÓN
El Sistema de Transporte Masivo Transmilenio para el año 2021 el sistema de transporte
público principal de la ciudad de Bogotá D.C., siendo su componente troncal la mayor
característica distintiva de este sistema respecto a los demás sistemas de movilidad de la
ciudad. De acuerdo con el informe de febrero del 2020 de TRANSMILENIO S.A., cuenta
con 98 servicios (rutas), 12 millones de kilómetros recorridos en el mes, 606 mil despachos
y 4,758 conductores operativos. Así mismo, se presentaron 59’370,802 validaciones en el
sistema (TRANSMILENIO S.A., 2020).
Para el funcionamiento del sistema de transporte Transmilenio es necesario realizar
estimaciones de la demanda de largo plazo a fin de establecer la oferta requerida. Así como
estrategias que permitan suplir dicho consumo pretendiendo minimizar los impactos
ambientales que conlleva la emisión de material particulado origen de la combustión de
hidrocarburos necesarios para el transporte público.
Tal es el grado de importancia de la emisión de material particulado y las problemáticas que
este genera sobre la salud humana que según el Instituto Nacional de Salud (2019),
anualmente en Colombia mueren 15,681 personas por contaminación del aire, cifra superior
a los 12,458 decesos causados por asesinato en 2018 (Vargas, 2019). Este panorama de
consumo energético de hidrocarburos para el sector transporte es global, ya que según el
informe de Key World Energy Statistics 2020 aproximadamente el 45.72% del consumo final
mundial de energía corresponde al sector transporte, consumo del cual el 97.88%
corresponde a combustibles fósiles (International Energy Agency, 2020).
Aunque se hacen grandes esfuerzos mundialmente por incluir sistemas de movilidad que
eliminen o minimicen al máximo posible el consumo de combustibles fósiles, lo cierto es que
aún se tiene gran dependencia de los hidrocarburos para los sistemas de movilidad. Esta
característica es posible evidenciarla, puesto que con el Diagrama de Sankey de la Agencia
Internacional de Energía (IEA) el consumo de combustibles fósiles en el mundo para el año
1980 en el sector transporte fue de 1230 Mtoe, es decir un 98.79% del consumo energético
total para este sector que fue de 1245 Mtoe; mientras que para el año 2018 este sector tuvo
un consumo de 2891 Mtoe de los cuales 2767 Mtoe son combustibles fósiles, es decir 95.71%
del consumo energético total para este sector (International Energy Agency, 2019).Aunque
si bien el porcentaje de participación de combustibles fósiles para el sector transporte se ha
reducido entre este período de tiempo, la cantidad de energía fósil demanda para el sistema
aumentó en 2.25 veces (International Energy Agency, 2019).
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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1. CAPITULO I. FUNDAMENTACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 Planteamiento del problema
El sistema de transporte masivo de la ciudad de Bogotá se encuentra en constante variación
según las condiciones sociales y económicas de la capital y del país, considerando además
que la tasa poblacional de Bogotá se encuentra en un constante crecimiento y la
contaminación ambiental es cada vez un problema con mayores repercusiones en la salud
humana, surge la necesidad de establecer, ¿cómo se comportará el consumo energético en la
ciudad?, ¿será viable el sistema y su tecnología automotor en un medio y largo plazo teniendo
en cuenta su demanda energética?, para esto se propone un estudio que modele una función
que determine esta futura demanda en un plazo de 2020-2040, con esto tomar acciones que
satisfagan esta demanda y no afectar el sector energético nacional.
1.1.1 Descripción del problema
Para el año 2018 Colombia era la cuarta economía de América Latina con un Producto
Interno Bruto (PIB) de 309.2 miles de millones de dólares, con una población de
aproximadamente 47.8 millones de personas y una producción de energía primaria de 123.23
Mtoe (CEIB, 2018). Además, Bogotá D.C. es el principal centro cultural, económico e
industrial de Colombia con una población de más de 8.2 millones de personas, haciendo esto
que la ciudad esté en octava posición por economía en América latina. Bogotá D.C.
contribuye con el 25.7% (US$74,529 millones) del PIB del país (CEIB, 2018)
El desarrollo económico de una nación está ligado a los niveles de emisión de partículas
contaminantes, razón por la cual Colombia tiene problemáticas asociadas a contaminación
ambiental, ya que según el Instituto Nacional de Salud (2019), anualmente en Colombia
mueren 15,681 personas por contaminación del aire, cifra superior a los 12,458 decesos
causados por asesinato en 2018 (Vargas, 2019). Esto permite identificar la magnitud de la
problemática relacionada a la contaminación ambiental donde las fuentes de emisión de
material contaminante se dividen en dos: fuentes fijas y fuentes móviles. Las fuentes fijas
son las procedentes de industria y comercio, mientras que las fuentes móviles son aquellas
relacionadas con los vehículos automotores. Según la Secretaría de Medio Ambiente de
Bogotá, las fuentes móviles son causantes de más de la mitad de las emisiones de material
particulado, de manera que son estas las mayores responsables de la contaminación ambiental
en el caso específico de Bogotá (Vargas, 2019). Otra consecuencia de la contaminación
ambiental es el impacto económico que tienen las naciones al invertir en sistemas de salud y
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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políticas públicas para atender a los ciudadanos afectados, tal como lo demuestra un estudio
del Instituto Nacional de Salud (INS) que reveló que la contaminación en las ciudades le
cuesta a la Nación 12.3 billones de pesos anuales (Diario La República, 2019). El panorama
de afectaciones económicas por contaminación ambiental es igualmente una problemática
mundial, de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que entre 2030
y 2050 se producirían alrededor de 250.000 muertes adicionales anualmente por causa de
afecciones ligadas al cambio climático como la diarrea, la desnutrición, la malaria y el golpe
de calor. Para 2030 esto generaría costos directos en salud por el monto de 2 a 4 billones de
dólares anuales (Observatorio Nacional de Salud, 2018). Bogotá D.C., desde el año 2000,
está articulando un Sistema de Transporte Masivo que sea más amigable con el medio
ambiente y reduzca su dependencia del uso de combustibles fósiles, en particular del ACPM.
El objetivo de este trabajo de grado consiste en determinar la reducción del uso de
combustibles fósiles debido al cambio de la flota de Transmilenio y entrada del sistema Metro
con un modelo de largo plazo Horizonte 2020 – 2040 a través de la herramienta LEAP.
Transmilenio presenta un crecimiento aproximado anual en la demanda del sistema de 35
millones de usuarios (18.22%) (Cámara de Comercio de Bogotá, 2018) (Diario La República,
2019), razón por la que el sistema requiere estar en constante renovación y ampliación para
suplir este crecimiento en la demanda, obteniendo así para agosto del año 2020 un parque
automotor de 2331 buses troncales entre Padrones Duales, Articulados y Biarticulados.
Dichos buses se clasifican igualmente según sus tecnologías, las cuales son EURO II, III, IV,
V, V con filtro y VI GNV (Diario La República, 2020).
1.1.2 Formulación del problema
Debido al proyección de la demanda energética en Colombia para el período 2020-2040, se
propone analizar ¿cuál sería la demanda energética del sistema de transporte Transmilenio
de la ciudad de Bogotá para este período de tiempo? ¿cuál es el impacto en el aumento o
disminución de la demanda energética en el sector transporte de la ciudad de Bogotá D.C.?
1.2 Justificación
Esta propuesta de investigación se justifica en la necesidad de cuantificar el consumo de la
energía del sistema Transmilenio en un horizonte de largo plazo, considerando los cambios
actuales y futuros de la flota de buses articulados.
Este trabajo de grado e investigación aplicada podrá ser utilizado como como una
herramienta para la toma de decisiones en la ampliación de los sistemas de transporte
masivos. Además, que los tomadores de decisión podrán contar con un estudio para adoptar
medidas al prever la demanda futura del sistema en un horizonte a largo plazo.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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Las ventajas del desarrollo de este trabajo son:
• Determinar el consumo energético del Sistema Transmilenio permite establecer un
balance energético en la ciudad de Bogotá D.C., identificando la demanda del
sistema.
1.3 Alcance
El estudio de la demanda energética se realizará con información proporcionada por la
empresa Transmilenio S.A., información que es pública, excluyendo otros servicios de
transporte público de la ciudad que no correspondan con el sistema Troncal con el objetivo
de identificar aspectos relevantes del componente troncal del sistema (Transmilenio S.A.,
2020).
Para el tratamiento de la información se determinará la demanda energética mediante la
herramienta LEAP estableciendo una función de demanda, función en la cual se clasificará
la demanda por tipo de combustible y composición tecnológica de la flota de buses del
sistema troncal para el período de estudio 2020-2040.
Para la identificación del tipo de combustible y caracterizar el parque automotor del Sistema
Transmilenio, se tomará como base los datos proporcionados por la página web oficial de
Transmilenio S.A. y los recopilados de fuentes académicas.
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo General
Cuantificar la demanda del consumo energético del Sistema de Transporte Transmilenio en
el horizonte de largo plazo 2020 - 2040.
1.4.2 Objetivos específicos
• Caracterizar la demanda energética del Sistema de Transporte Transmilenio.
• Establecer la función de demanda relacionada al consumo de energía del sistema
Transmilenio para el horizonte a largo plazo 2020 - 2040.
• Elaborar un modelo de largo plazo en el software LEAP para determinar el consumo
de energía en el horizonte 2020 – 2040, considerando escenarios.
1.5 Metodología
El presente proyecto se basará en una metodología cuantitativa, en la que se establecerá una
función de demanda energética para el estudio de los cambios en los energéticos con la
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entrada de nuevas tecnologías al parque automotor de Bogotá, la metodología se dividirá en
siete etapas:
➢ Primera Etapa: Caracterización de la información de TRANSMILENIO S.A.
relacionada al tamaño, tecnología y operación de la flota.
➢ Segunda Etapa: Reconocer la cantidad de recorridos, intensidad energética y
demanda del Sistema Transmilenio con la información más reciente a la fecha.
➢ Tercera Etapa: Establecer una función de demanda para el consumo de energía y
emisiones del Sistema de Transporte Masivo de la ciudad de Bogotá D.C. horizonte
de largo plazo 2020-2040.
➢ Cuarta Etapa: Determinar el consumo de energético del Sistema de Transporte
Masivo de la ciudad de Bogotá D.C. horizonte de largo plazo 2020-2040, usando la
metodología LEAP.
➢ Quinta Etapa: Valorar y analizar los impactos energéticos relacionados al cambio
de la flota de Transmilenio.
➢ Sexta Etapa: Establecer recomendaciones sobre la incorporación de nuevas
tecnologías en el Sistema de Transporte Masivo Transmilenio de la ciudad de Bogotá
D.C. a partir de los resultados del modelo de largo plazo horizonte 2020-2040.
En la última etapa Séptima Etapa, Se analizarán y discutirán los resultados obtenidos al
someter la función de demanda a los diversos escenarios.
Figura 1. Metodología general de investigación propuesta.
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2. CAPITULO II. DEFINICIONES Y ESTADO DEL ARTE
En el presente capítulo, se presentarán definiciones relacionadas a los modelos de demanda
energético basados en el enfoque Bottom-up (HarperCollins, 2021). Seguidamente, un marco
normativo que permite conocer la legislación nacional existente con relación al uso racional
y eficiente de la energía (DNP, 2018), así como la reducción de las emisiones
específicamente en el sector transporte. Por último, se presentará una breve revisión del
estado del arte con el objetivo de presentar trabajos previos en esta área.
2.1 Definiciones
2.1.1 Bottom-Up
Es un tipo de modelamiento que consiste en estructurar un sistema desde el nivel más bajo
de una jerarquía o proceso hasta la cima. Es un enfoque de abajo hacia arriba para la toma de
decisiones corporativas (HarperCollins, 2021).
2.1.2 Demanda Energética
Es la cantidad de energía requerida para consumo de una fuente receptora, esta energía puede
tener origen fósil o renovable. La demanda energética es dependiente principalmente de
factores como la población, economía, tecnología de la fuente de consumo y aspectos
geográficos. Para el caso del sector eléctrico es la potencia en vatios (W) demandada por una
carga receptora conectada al Sistema Interconectado Nacional (SIN) en determinados
intervalos de tiempo (Poveda, 2007).
2.1.3 Intensidad Energética
La intensidad energética es una medida resultante de la relación entre el consumo de energía
y un indicador macroeconómico, en este caso, el producto interno bruto (PIB), referido a una
unidad espacial de referencia (j), en un período (t) (DNP, 2017).
2.1.4 Función de Demanda
La función de demanda es una ecuación que explica cómo se determina la cantidad
demandada de un bien. Esto, en relación con los precios del mercado y a la renta del
consumidor. En términos energéticos, permite caracterizar la demanda de energía en un
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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determinado intervalo de tiempo teniendo en cuenta aspectos que influyen en esta
(Westreicher, 2019).
2.1.5 Tasa de Crecimiento
La tasa de crecimiento, también conocida como tasa de variación (positiva), es el cambio
positivo en porcentaje de una variable entre dos momentos distintos del tiempo. Hablamos
de tasa de crecimiento en términos positivos, porque si fuera en términos negativos,
hablaríamos de tasa de decrecimiento. El término general es tasa de variación del periodo.
Existen muchas variantes de la tasa de crecimiento. Por ejemplo, la tasa de crecimiento
mensual o la tasa anual acumulada. Ambas tasas explican la variación de una variable, pero
de forma diferente y, por tanto, también tienen interpretaciones diferentes (López, 2019).
2.1.6 Descripción de las Variables Operacionales de Transmilenio
Transmilenio se convirtió en una referencia para el transporte público nacional a razón de las
múltiples transformaciones de que fue objeto el espacio urbano de la ciudad y la movilidad
de esta, todas ellas ocurridas en el marco de su implementación como servicio público de la
capital del país. Este sistema representó la puesta en marcha de iniciativas privadas y de
gobierno que permitieran su participación y consolidación futura en el sistema de movilidad
de la ciudad que en su momento y por más de medio siglo era dominado por empresas
privadas y con intereses particulares que no siempre estarían en armonía con las necesidades
de los ciudadanos (Baquero, 2019).
Actualmente el sistema de TRANSMILENIO S.A. cuenta con 114.4 km de vía troncal en
operación, 12 troncales en operación, 143 estaciones, 9 portales y 11 patio garajes. Además,
el Sistema tiene a su servicio 22 cicloparqueaderos con 6,059 puestos en total (S.A.,
Transmilenio, 2021).
Para el año 2020 todo el sistema de transporte integrado de la ciudad cuenta con 163 cabinas
para cable, 261 buses de Padrones Duales, 757 Articulados y 1,313 Biarticulados. Siendo el
conjunto de la flota con su respectiva tecnología solo un 1.8% de las emisiones de material
particulado del sistema antes de la entrada en operación de las nuevas tecnologías y ahora un
0.4% con la entrada en operación de los buses troncales mencionados anteriormente
(TRANSMILENIO S.A., 2020).
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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Figura 2. Sistema Troncal Transmilenio (TRANSMILENIO S.A., 2020).
2.1.7 Vehículos por Kilómetro (vkm)
Los responsables de las políticas públicas tienen como necesidad la obtención de información
estadística que pueda ser comparable con los demás sistemas de transporte a nivel
internacional para vigilar las tendencias en el volumen de tráfico urbano y por carretera. En
este sentido, la medición de datos de Kilómetros Vehículo Recorridos (KVR) es de suma
importancia, pues representa un indicador que tiene múltiples usos para diferentes tipos de
políticas. Este indicador generalmente se define como la cantidad de kilómetros -o millas-
recorridos en un determinado periodo de tiempo, (por ejemplo, día, año, etc.) por un
determinado vehículo o flota de vehículos o población (Pérez, 2012).
2.1.8 Pasajeros por Kilómetro (pkm)
La relación que hay entre un insumo y un producto indica la costo-efectividad del servicio y
también, entre un producto y un resultado indica la efectividad del servicio. Por ejemplo, uno
de los indicadores de transporte más conocidos es el Índice Pasajeros Kilómetro (IPK) es un
indicador de efectividad del servicio que relaciona un resultado (pasajeros) con un producto
(kilómetros) (Ministerio de Transporte, 2009).
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
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2.1.9 Energía Usada (eu)
Se considera que la energía útil (EU) es aquella que se encuentra disponible luego del sistema
de uso para la producción de un bien o servicio, una vez descontadas todas las pérdidas de
transformación y transporte asociadas al (Benitez, 2017).
2.2 Marco Normativo
En este capítulo se presentan las diferentes leyes, normas y decretos que generan garantías
para facilitar la transición a energías no convencionales y renovables, debido a esto se toman
como sustento normativo.
Tipo de Norma Descripción
Ley 697 de 2001
Crea el Programa de Uso Racional y eficiente de la energía y demás
formas de energía no convencionales "PROURE", que diseñara el
Ministerio de Minas y Energía, cuyo objeto es aplicar gradualmente
programas para que toda la cadena energética esté cumpliendo
permanentemente con los niveles mínimos de eficiencia energética y
sin perjuicio de lo dispuesto en la normatividad vigente sobre medio
ambiente y los recursos naturales renovables (Congreso de la
República de Colombia, 2001).
COP 21 – Colombia
Durante la versión 21° de la Convención Marco de las Naciones
Unidas sobre el Cambio Climático (COP21), celebrada en París en
diciembre de 2015, 195 naciones llegaron a un acuerdo universal y
vinculante para reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero
(GEI), el cual promueve la reconfiguración de los modelos de
desarrollo hacia economías bajas en carbono (García, Escobar, &
Vallejo., 2016).
Plan Nacional de
Desarrollo 2018 –
2022
En la sección Pacto por la Sostenibilidad, se plantea la reducción de
fuentes de emisión de gases de efecto invernadero, la promoción del
aumento de la generación en la matriz energética a partir de fuentes
renovables y limpias, así como la adopción de tecnologías con escaza
o nula contaminación para el sector transporte (Colombia, 2018).
Decreto 2051 de 2019
A través del decreto 2051 de 2019 aprobado el 13 de noviembre de
2019, se reduce el arancel para la importación de vehículos eléctricos
a Colombia al 0%, también se disminuye el gravamen para la
importación de vehículos a gas natural del 35% al 5% sin imponer un
límite en la cantidad de autos (Ministerio de Comercio, Industria y
Turimos, 2019).
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Tabla 1. Cuadro Marco Normativo. Fuente: autor
2.3 Breve Revisión del Estado del Arte
El objetivo de esta revisión del estado del arte es identificar trabajos académicos que
cuantifiquen el consumo de energía en específico en el sector transporte terrestre de pasajeros
identificar su metodología y las conclusiones obtenidas en estos trabajos.
Autor(es) Descripción del Documento
Reyes, Del
Ángel, Gómez
y Frías
En su investigación “PROYECCIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA
DEL TRANSPORTE (PASAJERO Y DE CARGA) EN EL ESTADO DE
TABASCO Y SU POTENCIAL DE CALENTAMIENTO GLOBAL”,
plantean que la demanda energética del transporte público para el período
2010 – 2030 consta principalmente del incremento en la cantidad de pasajeros
en viaje, esto se obtuvo mediante el uso del software LEAP donde se consideró
un crecimiento de 5% que como resultado para el 2030 se estima 293.8
millones de GJ, en la demanda de energía en el sector transporte del Estado de
Tabasco (Reyes & Gómez., 2014).
He, L y Chen,
Y (2013)
Proponen cinco escenarios diferentes en los cuales se evaluaron los vehículos
eléctricos e híbridos como opción para una potencial reducción de los gases
de efecto invernadero, siendo estos sustitutos de vehículos de transporte de
carretera de tecnología contaminante con miras a promover una demandan
energética y ambiental sustentable (Ling-Yun He, 2013).
Solís, J. y
Sheinbaum,
C. (2013)
Realizan un análisis desagregado para México en el sector transporte terrestre
de pasajeros por medio de la metodología Bottom-Up, dicho sector representó
un 39% de las emisiones para el año 2010. Adicionalmente, estudian la
demanda energética en el sector transporte de México clasificándolo en
privado y público. Dicho estudio expone el aumento en los niveles de
contaminación de CO2 en un 95% entre el año 1990 y 2008
(ClaudiaSheinbaum, 2013).
Pasaoglu et
al., (2014)
Elaboraron un estudio en que se establece que el uso de las nuevas tecnologías,
para seis países de Europa considerando rutas y el consumo de energía. Este
estudio pretende identificar información relevante en los hábitos de movilidad
de las zonas en estudio con el propósito de penetrar vehículos de propulsión
eléctrica (VDE) en el mercado (G Pasaoglu Kilanc, 2014).
Phoualavanh
y
Limmeechokc
hai (2015)
Estudian en Laos el impacto en el consumo de combustibles debido al posible
crecimiento del parque móvil eléctrico con tres tipos de tecnologías eléctricas
para vehículos que son BEVs, HEVs PHEVs, además de analizar impactos
que se generan en el medio ambiente (Limmeechokchai, 2015).
Feijoó, S. Hace una proyección energética que consiste en un análisis sobre el consumo
de energía del total de vehículos del Cantón Cuenca a partir del año 2015, con
el fin de realizar una prospectiva energética y de emisiones hacia el año 2030
utilizando el modelo LEAP (Sistema de Planificación de Alternativas
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
19
Autor(es) Descripción del Documento
energéticas de Largo Alcance), para así proponer políticas o escenarios que
permitan disminuir la demanda energética y la producción de emisiones
provenientes del sector transporte (Mariuxi, 2019).
Peng, Du, Ma,
Fan Y
Broadstock
(2015)
Hacen una predicción en el nivel de emisiones empleando el software LEAP
basándose en 4 escenarios diferentes en el que destaca el escenario Plan de
Política por una reducción de las emisiones de entre el 22% y 22.6% en
comparación al escenario de referencia (Binbin Peng, 2015).
Martinez, J;
Arango, S y
Álvarez, K.
(2016)
Realizan un análisis cuantitativo de los impactos ambientales que tiene en la
ciudad de Medellín, Colombia; la implementación del Plan Maestro para el
transporte público en la ciudad para el periodo 2010 – 2040 en el que se estima
una reducción del 9.4% (5.65 Mtoe) en las emisiones de CO2 para el año 2040,
así como un ahorro energético total de 86,575.66 TJ (Juan Esteban Martínez-
Jaramillo, 2016).
Fan, J; Wang,
J; Li, F; Yu,
H y Zhang, X
(2017)
presentan una investigación aplicada a la ciudad de Beijing, China; en la que
hacen un modelo en LEAP analizando la demanda energética y la emisión de
gases de efecto invernadero por el sector de transporte de pasajeros. Este
estudio se realizó para el periodo 2016 – 2030 bajo la consideración de tres
escenarios diferentes en el que destaca el escenario dos al prever una reducción
de entre el 25% y 30% en comparación al escenario base (Jing-Li Fan, 2017).
La Agencia
Internacional
de Energía
(IEA)
En su panorama 2018, prevé que para el 2040 en el escenario el futuro es
eléctrico, casi la mitad de la flota de vehículos estará electrificada incluyendo
transporte público terrestre y autos familiares, esto representaría 3400 TWh
del consumo final de energía eléctrica. El consumo de energía mundial por
parte del transporte eléctrico terrestre será de 1200 TWh para el año 2040, es
decir, el 3% de la energía mundial producida en un escenario de nuevas
políticas (IEA, 2018). Tabla 2. Cuadro Antecedentes. Fuente: autor
3. CAPITULO III. DESARROLLO METODOLÓGICO
3.1 Diseño Propuesto
A continuación, en esta sección se presenta el diseño metodológico propuesto a partir de la
información existente en la literatura principalmente por el autor Shipper. Se establece el
stock del parque automotor del sistema troncal Transmilenio en cuanto a la cantidad de
vehículos, tipo de tecnología, la distancia recorrida, la intensidad energética y el número de
pasajeros por vehículo en Bogotá D.C. Estos datos son necesarios para la aplicación de la
metodología desarrollada en el capítulo 3 basada en los autores Schipper, Meyers y Scholl
(LeeSchipperStephenMeyers, 1993).
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
20
Se identifican las variables asociadas a la demanda energética del sistema para el modelo
planteado de acuerdo con la metodología del IPCC para la identificación de categorías
principales (Anke Herold, 2006), correspondiente a un modelo de largo plazo caracterizando
la función de demanda y determinando el consumo de energía incluyendo escenarios.
La función de demanda propuesta se presenta a continuación:
𝐸𝑇 = ∑ (𝑃𝑘𝑚𝑖,𝑗,𝑘,𝑡 ∗ 𝐸𝐼𝑖,𝑗,𝑘,𝑡)
20
𝑖,𝑘,𝑗,𝑡
(1)
Siendo
𝐸𝑖 = ∑ ∑ 𝐴𝑖,𝑗,𝑘 𝑆𝑖,𝑗,𝑘 𝐼𝑖,𝑗,𝑘
𝑘𝑗
(2)
Donde:
Tabla 3. Descripción de variables asociadas a la metodología.
Nombre Descripción Unidad
Pkm Pasajeros por kilómetro p/km
EI Intensidad Energética gal/year, m3/year
ET Energía total gal/year, m3/year
A Recorrido por vehículo al año km/vehículo-año
S Número de vehículos por modelo --
I Intensidad energética (Eficiencia media) gal/km, m3/km
i Tipo de combustible --
j Modelo del vehículo (Articulado, biarticulado, dual) --
k Tipo de vehículo (Euro III, IV, V, VI) --
t Año --
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
21
Figura 3. Metodología general de investigación propuesta.
3.2 Método
El desarrollo metodológico mediante el análisis Bottom-Up de este trabajo consta de los
niveles descritos en la figura 3. Este tipo de análisis desagregado permite reconocer variables
influyentes en la demanda energética del sistema en todos los niveles identificados. Dichos
niveles se describen en la siguiente ilustración:
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
22
Figura 4. Planteamiento Metodológico.
Para el desarrollo metodológico del presente proyecto se cuenta con amplia información
pública de la estructura operacional del sistema troncal de Transmilenio según se describe en
la Tabla 4 (TRANSMILENIO S.A., 2020). Teniendo como base esta información, se clasifica
de manera cronológica por periodos bimestrales para los años comprendidos entre el 2017 y
2020, tal como se presenta a continuación:
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
23
Fecha IPK Flota (Número) Flota (Años) (%)
Kilómetros
Recorridos
(Millones)
[Mes]
Número de
Viajes
(Validación)
[Millones]
Velocidad
(km/h) Art Biart Dual >10 6<t<10 >5
31/01/2017 4,45 1433 310 262 37 25 38 13,3 59,37 25,74
31/02/2017 3,99 1433 310 262 37 25 38 12,2 48,68 25,74
31/03/2017 4,79 1433 310 262 37 25 38 12,7 60,84 25,74
31/04/2017 4,75 1433 310 262 37 25 38 13,9 66,09 25,74
31/05/2017 4,93 1433 310 262 37 25 38 11,0 54,09 25,74
31/06/2017 4,57 1433 310 262 37 25 38 13,5 61,81 25,74
31/07/2017 4,35 1433 310 262 37 25 38 12,5 54,46 25,00
31/08/2017 4,48 1433 310 262 37 25 38 12,1 54,27 25,74
31/09/2017 4,64 1433 310 262 37 25 38 13,1 60,82 25,74
31/10/2017 4,64 1433 310 262 37 25 38 13,1 60,82 25,74
31/11/2017 4,78 1433 310 262 37 25 38 12,4 59,26 25,74
31/02/2018 4,84 1433 309 262 40 20 40 11,9 55,92 25,41
31/04/2018 4,59 1433 309 262 40 20 40 12,8 56,91 25,00
31/06/2018 4,30 1435 310 261 40 20 40 12,2 52,50 25,19
31/08/2018 4,74 1434 323 261 38 25 37 13,2 60,40 24,56
31/10/2018 4,68 1434 359 261 37 25 38 13,8 61,60 24,56
31/12/2018 4,16 1434 359 261 37 25 38 12,9 54,04 26,60
31/02/2019 4,16 1434 359 261 37 25 38 12,9 56,10 26,60
31/04/2019 4,42 1429 359 260 52 19 29 13,1 56,83 25,90
31/06/2019 4,26 1293 493 261 38 41 21 12,6 53,39 25,60
31/08/2019 4,54 1190 533 261 38 41 21 13,5 61,08 27,90
31/10/2019 4,53 1190 757 261 38 41 21 14,2 63,62 26,71
31/12/2019 4,17 1190 757 261 38 41 21 14,2 54,96 26,10
31/02/2020 4,99 899 826 261 38 41 21 12,0 59,37 25,88
31/04/2020 0,89 899 826 261 38 41 21 12,0 8,12 28,10
31/06/2020 1,21 899 826 261 38 41 21 12,0 15,90 26,61
31/08/2020 1,19 758 1284 261 38 41 21 14,0 17,36 25,45
31/10/2020 1,74 763 1329 261 7 29 64 15,0 27,28 24,84
31/12/2020 2,58 763 1330 273 7 29 64 12,0 31,73 27,06
Tabla 4. Estadísticas operacionales de Transmilenio.
Con la información anteriormente presentada es posible identificar aspectos específicos
como los son el tipo de bus, kilómetros recorridos por la flota por mes y año, kilómetros
recorridos por tipo de bus en un año y el tipo de combustible por cada tipo de bus. Estos
aspectos se consideran relevantes en la operación del sistema troncal de Transmilenio y se
clasifican detalladamente en la Tabla 5, esta información resultará relevante al momento de
caracterizar la demanda energética del sistema.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
24
Tabla 5. Aspectos específicos operacionales de Transmilenio.
En la Tabla 5 se exponen datos actualizados de los años identificados como referencia para
reconocer aspectos como los kilómetros recorridos de la flota promedio en operación en
determinado año, cantidad de buses por tipo de combustible y el transporte de pasajeros por
bus.
3.3 Escenarios de la Metodología Propuesta
Se plantean tres escenarios como base de estudio para el desarrollo metodológico de la
presente investigación, estos escenarios son el escenario base de referencia (BAU), el
escenario Alto y el escenario Bajo. Escenarios los cuales se caracterizan de la siguienre
manera.
3.3.1 Escenario de Referencia (BAU “Business as usual scenario”)
El escenario BAU es un marco de referencia, que para el caso de la presente investigación
permite analizar las características del sistema desde un panorama práctico que utiliza como
base los proyectos que están asegurados en su implementación. Tales proyectos se entienden
como la composición del sistema troncal para el año 2020 por tipo de tecnología, demanda
del sistema y características de operación.
Esta caracterización contemporánea del sistema es posible por medio de información pública
proporcionada directamente por Transmilenio S.A., así como la deducción aritmética de mi
autoría de demás variables asociadas al funcionamiento y operación de este medio de
transporte. Adicionalmente, la influencia de la pandemia de la COVID -19 en la demanda del
sistema se considera bajo este escenario.
Año Tipo de
BRT
Kilómetros
recorridos/flota-
mes por tipo de
BRT en millones
[km/flota-mes]
Kilómetros
recorridos
(Millones)
[Mes]
Porcentaje de
(km/mes)
según tipo de
BRT [%]
Kilómetros
recorridos/flota-
año por tipo de
BRT en millones
[km/flota-año]
Kilómetros
recorridos/bus-
año por tipo de
BRT [km/bus-
año]
Cantidad de Buses por Tipo de
Combustible
2017
Articulado 9,2033
12,88
71,47 110,4407 77069,5884 1433 DIESEL
Biarticulado 1,9909 15,46 23,8915 77069,5884 310 DIESEL
Dual 1,6826 13,07 20,1922 77069,5884 262 HÍBRIDO
2018
Articulado 9,0707
12,80
70,87 108,8485 75914,3328 1433,83 DIESEL
Biarticulado 2,0760 16,22 24,9125 75914,3328 328,17 DIESEL
Dual 1,6532 12,92 19,8389 75914,3328 261,33 HÍBRIDO
2019
Articulado 8,2266
13,42
61,32 98,7203 77478,3446 1274,17 DIESEL
Biarticulado 3,5058 26,13 42,0707 77478,3446 543 DIESEL
Dual 1,6840 12,55 20,2089 77478,3446 260,83 HÍBRIDO
2020
Articulado 4,9247
12,83
38,37 59,0966 69118,8423 179 GNV 1352 DIESEL
Biarticulado 6,3484 49,47 76,1813 61535,8287 562 GNV 1352 DIESEL
Dual 1,5601 12,16 18,7220 71731,9306 261 HÍBRIDO
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
25
3.3.2 Escenario Alto
Este escenario permite detallar el comportamiento en la demanda energética del sistema en
función del crecimiento estimado de usuarios año tras año con una proyección a largo plazo,
asumiendo que la composición tecnológica del sistema se mantiene según lo expuesto en el
escenario de referencia BAU, además de estimar influencia positiva de las variables que se
relacionan a la demanda del sistema.
3.3.3 Escenario Bajo
En este escenario se determina el comportamiento en la demanda energética del sistema
estimando una reducción anual del 2 % en la cantidad de usuarios del sistema con una
proyección a largo plazo, considerando la participación de la flota según su tecnología tal
como se detalla en el escenario BAU. Para el estudio de este escenario es necesario estimar
la influencia de variables asociadas a la operación y que podrían afectar la demanda del
sistema de manera negativa.
4. CAPITULO IV. RESULTADOS Y ANÁLISIS
En este capítulo se expone la aplicación de la metodología presentada y detallada en el
capítulo 3. Los resultados obtenidos en los escenarios establecidos como casos de estudio; el
escenario base (BAU), en el que se observa cómo es la evolución de la demanda energética
del sistema con la flota actual incluyendo la participación de las nuevas tecnologías (Euro V
con filtro y Euro VI GNV), considerando adicionalmente las afectaciones sobre la demanda
del sistema troncal por motivo de las medidas de aislamiento social y cuarentenas originadas
por la pandemia de la COVID-19. Una consideración adicional en este escenario es el
planteamiento de la entrada en operación de vehículos con tecnología eléctrica al sistema
troncal a partir del año 2030; aunque si bien no se establece la proyección de la participación
futura de este tipo de tecnología del sistema troncal en algún tipo de documento de la
administración local o nacional, se podría dar la adquisición de este tipo de vehículos
aproximadamente cuando se requiera una renovación tecnológica en una década y de acuerdo
también a las políticas públicas de movilidad y ambiente de la administración distrital de
turno (Figura 7).
El segundo escenario objeto de estudio es el Alto, en este escenario se plantea el crecimiento
en 2% en los usuarios del sistema troncal de Transmilenio. Para este caso de estudio, se
realizaron las mismas consideraciones base del escenario BAU, teniendo como variable
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
26
adicional el crecimiento en la demanda del sistema, la cual repercuta en la demanda
energética del sistema para los años de estudio.
Por último, el tercer escenario de estudio es el Bajo, en el cual se estima un decrecimiento en
la participación de usuarios en el sistema troncal de Transmilenio. Se realizan las mismas
consideraciones que en el escenario BAU, pero con el planteamiento de la afectación en la
operación del sistema.
Para todos los escenarios se empleó la metodología de basada en los autores Schipper,
Meyers y Scholl (LeeSchipperStephenMeyers, 1993), siendo necesaria la caracterización de
la información presentada como referencia en la Tabla 5 para cada año dentro del margen de
estudio (2020-2040).
La simulación de los tres escenarios mediante el software LEAP y la obtención de sus
respectivos resultados, otorga la posibilidad de realizar una comparación de la demanda
energética entre los escenarios planteados como objeto de estudio.
Composición Tecnológica de la Flota Año 2020
Figura 5. Porcentaje de Buses Sistema Troncal Año 2020
Articulados32%
Biarticulados56%
Padrones Duales
12%
Cantidad de Buses 2020
Articulados Biarticulados Padrones Duales
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
27
Composición Tecnológica de la Flota Año 2030
Figura 6. Porcentaje de Buses Sistema Troncal Año 2030
4.1 Resultados Escenario de Referencia (BAU)
De acuerdo con la Figura 7 se presenta el comportamiento en la demanda del sistema en
función de las variables principales propuestas que influirían en el comportamiento del
sistema. Se evidencia la disminución del consumo energético del sistema troncal entre el año
2020 y 2021 respecto al año 2019 a razón de la pandemia de la COVID 19 y las medidas de
aislamiento que resultaron en la disminución de usuarios del sistema.
Articulados30%
Biarticulados60%
Padrones Duales
10%
Cantidad de Buses 2030
Articulados Biarticulados Padrones Duales
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
28
Figura 7. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
BAU en el período 2019-2040 según capacidad del bus en transporte de usuarios.
AÑO
COMBUSTIBLE 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029
Electricidad - - - - - - - - - - -
Gas Natural - 24.825,0 35.393,4 70.645,2 71.209,0 71.777,2 72.350,0 72.927,4 73.509,3 74.095,9 74.687,2
Diesel 2.275.823,9 431.394,1 615.044,7 1.227.629,2 1.237.425,7 1.247.300,4 1.257.253,8 1.267.286,7 1.277.399,7 1.287.593,3 1.297.868,3
Total 2.275.823,9 456.219,1 650.438,1 1.298.274,5 1.308.634,7 1.319.077,6 1.329.603,8 1.340.214,1 1.350.909,0 1.361.689,2 1.372.555,5
AÑO COMBUSTIBLE 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
Electricidad 172.701,0 174.428,0 176.172,3 177.934,0 179.713,4 181.510,5 183.325,6 185.158,9 187.010,5 188.880,6 172.701,0
Gas Natural 92.499,0 93.237,1 93.981,2 94.731,1 95.487,1 96.249,1 97.017,1 97.791,3 98.571,7 99.358,3 92.499,0
Diesel 562.289,6 566.776,7 571.299,6 575.858,5 580.453,9 585.085,9 589.754,9 594.461,1 599.204,9 603.986,6 562.289,6
Total 827.489,6 834.441,8 841.453,1 848.523,6 855.654,4 862.845,5 870.097,6 877.411,3 884.787,1 892.225,5 827.489,6
Tabla 6. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
BAU en el período 2019-2040.
Los datos expuestos en la Figura 7 permiten identificar una recuperación en la demanda del
sistema para el período 2022-2030 considerando la efectividad de las medidas sanitarias
implementadas a nivel nacional y aunque si bien se evidencia una recuperación en términos
de uso del sistema en el aumento de los usuarios, la demanda energética del sistema en
unidades de Gigajoules entre estos años no se asimila en comparación a la demanda
energética pre-pandemia del año 2019 con una diferencia aproximada de 57.05 % por debajo;
esto posiblemente a una recuperación en la cantidad de usuarios del sistema y en la reducción
del consumo energético por la participación de buses con Gas Natural Vehicular (GNV).
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
29
En términos generales, la reducción del consumo energético en Gigajoules para el año 2029
fue de 903.268,4 Gigajoules (39,69 %) y de 1.383.594,4 Gigajoules (60,79 %) para el año
2040 en comparación al año 2019. Estos datos permiten reconocer una evidente reducción
en la demanda energética del sistema troncal Transmilenio, producto de las medidas
aplicadas en mejora del sistema como lo son la renovación tecnológica de la flota y el tipo
de combustible que en esta se emplea.
Se destaca la reducción en la demanda energética del sistema para el año 2020 en
comparación al año 2019, las razones principales de esta disminución en la demanda
energética son por motivo de las cuarentenas, restricciones de movilidad y demás políticas
públicas enfocadas al aislamiento social de la población con motivo de la pandemia de la
COVID-19. Tal disminución en la demanda corresponde al 79.96 % en el año 2020 respecto
al año 2019, esto equivale a 1.819.604,8 Gigajoules menos.
4.1.1 Comportamiento de la demanda buses articulados
La participación de combustibles diferentes al Diesel en el sistema troncal era nula hasta el
año 2019, se puede apreciar en el consumo energético de la simulación realizada, pero a partir
del año 2020 y con la participación de la tecnología Euro VI con Gas Natural Vehicular como
combustible y con los efectos en el sistema del aislamiento obligatorio por la pandemia se
registra una drástica reducción en la demanda del sistema (Figura 8).
Figura 8. Demanda energética en Gigajoules de buses articulados para el escenario BAU en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
30
Aunque si bien se puede adjudicar esta reducción de la demanda energética mayoritariamente
a la disminución del uso del sistema, basta con detallar el consumo entre los años 2020 y
2030 para deducir que el componente troncal con uso de tecnología con gas natural vehicular
es más eficiente respecto a la tecnología Diesel, esto porque los buses con tecnología de gas
natural representan el 40.74 % del total de la flota para el año 2020, pero el consumo de
energía es del 5.44 % del total del sistema (año 2022).
Para el caso del consumo de buses eléctricos a partir del año 2030, este se hace con una menor
participación en la demanda del sistema troncal por motivo de que el consumo de energía de
buses eléctricos es drásticamente menor en comparación al Diesel, además de que la
participación de la flota eléctrica en el sistema troncal representa el 31.17 % a partir del año
2030.
4.1.2 Comportamiento de la demanda buses biarticulados
Los datos simulados permiten destacar aspectos relevantes del sistema que se pueden
identificar como tendencias en el comportamiento del sistema troncal, una de estas es el
aumento de la participación de buses biarticulados en un 20 %, posiblemente originado por
factores económicos y técnicos como el hecho de requerir menor personal para el
mantenimiento de buses, así como necesitar de menor cantidad de repuestos y personal
operativo de conducción.
Figura 9. Demanda energética en Gigajoules de buses biarticulados para el escenario BAU en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
31
Un factor adicional para considerar es el de eficiencia, ya que un bus biarticulado tiene la
capacidad de transportar 64 % más de usuarios en comparación a un bus articulado, teniendo
ambos buses similar comportamiento en el consumo de combustible por kilómetro.
El aumento del consumo energético en Gigajoules para el año 2029 es de 505.830,3
Gigajoules (16,39 %) y de disminución para el año 2040 de 228.647,27 Gigajoules (29,51
%) respecto al año 2019.
Se evidencia que a partir del año 2040 se produce una reducción en la demanda de energía
de 350.000 Gigajoules (48,95 %) respecto al año 2039. Esto principalmente por la
participación de buses biarticulados con tecnología eléctrica y GNV. Es de destacar que,
aunque los buses biarticulados componen el 59 % del total de la flota a partir de año 2040, la
demanda energética para este tipo de bus en el sistema troncal es superior a la componente
de articulados en aproximadamente 150.000 Gigajoules.
4.1.3 Comportamiento de la demanda buses modales
Figura 10. Demanda energética en Gigajoules de buses modales para el escenario BAU en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
32
La Figura 10 presenta la evolución de la demanda energética para el tipo de tecnología modal,
siendo esta con resultados similares a los sistemas articulados y biarticulados a partir del año
2022 por motivo de que se presenta un consumo energético mayor para el período 2022-2029
que para el período 2030-2040 con motivo de la participación de buses híbridos (Diesel-
Eléctrico) en el sistema. Cabe destacar que la cantidad de buses disponibles de tecnología
modal se mantiene igual para el período 2019-2029 que el período 2030-2040, siendo el único
tipo de bus que no aumenta su inventario en el período de tiempo planteado.
Se puede relacionar el crecimiento en la demanda energética para el período 2022-2039 en
comparación al año 2019 por el aumento de usuarios para este tipo de bus por la necesidad
de ampliación del sistema en cuanto a cobertura zonal. Es decir, la necesidad de los usuarios
de utilizar rutas con alcance urbano. Dicho crecimiento es de 33.000 Gigajoules para el año
2022
4.2 Escenario Alto
4.2.1 Comportamiento de la demanda en el Sistema Transmilenio
El escenario Alto permite identificar el comportamiento en la demanda del sistema troncal
de Transmilenio, basándose en un crecimiento anual de 2% en la cantidad de usuarios del
sistema. Esta consideración parte del crecimiento aproximado del sistema en los años
anteriores a esta investigación, además de estimar la tendencia lineal en este crecimiento de
usuarios sin que se presente algún tipo de afectación ajena al sistema que varíe tal demanda.
Figura 11. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
Alto en el período 2019-2040 según capacidad del bus en transporte de usuarios.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
33
AÑO COMBUSTIBLE 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029
Electricidad - - - - - - - - - - -
Gas Natural - 24.825,0 35.393,4 70.645,2 71.914,0 73.205,6 74.520,4 75.858,7 77.221,2 78.608,1 80.019,9
Diesel 2.275.823,9 431.394,1 615.044,7 1.227.629,2 1.249.677,5 1.272.121,7 1.294.969,0 1.318.226,6 1.341.902,0 1.366.002,5 1.390.535,9
Total 2.275.823,9 456.219,1 650.438,1 1.298.274,4 1.321.591,5 1.345.327,3 1.369.489,4 1.394.085,3 1.419.123,2 1.444.610,6 1.470.555,8
AÑO COMBUSTIBLE 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
Electricidad 185.013,7 188.714,0 192.488,3 196.338,0 200.264,8 204.270,1 208.355,5 212.522,6 216.773,1 221.108,5 225.530,7
Gas Natural 99.292,3 101.075,6 102.890,9 104.738,8 106.619,9 108.534,8 110.484,1 112.468,4 114.488,3 116.544,5 118.637,7
Diesel 603.585,1 614.425,5 625.460,6 636.693,9 648.128,9 659.769,3 671.618,7 683.681,0 695.959,9 708.459,4 721.183,3
Total 887.891,1 904.215,1 920.839,8 937.770,7 955.013,6 972.574,2 990.458,3 1.008.672,0 1.027.221,3 1.046.112,4 1.065.351,7
Tabla 7. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
Alto en el período 2019-2040.
Los datos obtenidos del análisis y simulación realizada permiten estimar una diferencia entre
el escenario BAU y el escenario Alto para la demanda energética del sistema de
aproximadamente 98.000,3 Gigajoules para el año 2029 (Figura 11). Se evidencia también
que la demanda energética del sistema no crece proporcionalmente en un 2 % como lo hace
el crecimiento de usuarios anualmente, sino que se registra un crecimiento en la demanda por
encima de este 2 %, pero se mantiene en un valor porcentual menor a 10 % para el período
2020-2040. El crecimiento del 2 % en la cantidad de usuarios se hace a partir del año 2022,
ya que se considera una recuperación en la operación del sistema a partir de este año por los
efectos causados de la pandemia de la COVID-19.
4.2.2 Comportamiento de la demanda buses articulados
Los datos obtenidos mediante la caracterización de la demanda energética de buses
articulados para el escenario Alto demuestran una gran disminución en la demanda energética
de 1.285.000 Gigajoules para este tipo de bus a partir del año 2020. Para comprender esta
variación es indispensable tener en cuenta las variables asociadas a este cambio y que se
detallan a continuación:
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
34
Figura 12. Demanda energética en Gigajoules de buses articulados para el escenario Alto en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
Como se puede apreciar en la ilustración (Figura 12) la demanda energética de los buses
articulados del componente troncal es abruptamente menor a partir del año 2022 en
comparación al año 2019, con una disminución en el consumo energético de 1.057.000
Gigajoules (78,88 %). Las principales razones de esta variación se deben a la pandemia de la
COVID-19 y el aislamiento obligatorio, la entrada en operación de buses con tecnología
GNV y la reducción en la participación de buses articulados en el total de la flota. La
reducción de buses articulados en la operación del sistema se debe también a la sustitución
de este tipo de buses por buses biarticulados, teniendo estos últimos la cualidad de transportar
una mayor cantidad de usuarios en similares condiciones.
Cabe destacar que la entrada en operación de buses eléctricos en la componente de buses
eléctricos a partir del año 2040 no implicaría gran diferencia respecto a años anteriores,
representando una disminución en la demanda energética a partir del año 2040 en
comparación al año 2039 de 90.000 Gigajoules.
4.2.3 Comportamiento de la demanda buses biarticulados
Mientras el estudio del componente articulado permite detallar la reducción drástica en el
consumo energético para determinados lapsos de tiempo en el período sujeto a investigación;
la componente troncal de biarticulados registra una reducción menos drástica en el consumo
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
35
energético para el período 2030-2040, debido al aumento en la participación de buses
biarticulados en la operación total del sistema.
Figura 13. Demanda energética en Gigajoules de buses biarticulados para el escenario Alto en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
Así mismo, se obtiene que la demanda energética del sistema se reduce para los años 2020 y
2021 en comparación con el año 2019 por motivo de la pandemia de la COVID- 19 en un
60,98 % (372,000 Gigajoules) y 43,93 % (268,000 Gigajoules) respectivamente. Aunque si
bien se genera esta reducción en la demanda energética para estos años, en el período 2022-
2029 se genera un aumento de 45.000 Gigajoules (año 2022) en comparación al año 2019.
A partir del año 2030 la reducción energética del sistema es de 46,98 %, es decir, 195.000
Gigajoules menos respecto al año 2019.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
36
4.2.4 Comportamiento de la demanda buses modales
Figura 14. Demanda energética en Gigajoules de buses modales para el escenario Alto en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
La figura 14 permite identificar al igual que para el escenario BAU, el aumento en la demanda
energética de este tipo de bus a partir del año 2022 en comparación al año 2019, a causa del
aumento de usuarios por la necesidad de transporte en zonas urbanas. Así mismo, la demanda
energética del sistema tiene la misma tendencia del escenario BAU entre los años de estudio,
variando únicamente el aumento en la demanda energética del componente modal para el
escenario Alto con motivo del aumento en la cantidad de usuarios del sistema. Se destaca la
demanda energética eléctrica del sistema a partir del 2030 de los buses híbridos modales.
Las escalas en color rojo corresponden a la demanda energética del componente eléctrico de
buses modales y las escalas en color verde a la demanda energética del componente Diesel
de estos mismos buses.
4.3 Escenario Bajo
4.3.1 Comportamiento de la demanda en el Sistema Transmilenio
El escenario Bajo permite identificar el comportamiento en la demanda del sistema troncal
de Transmilenio basándose en un decrecimiento anual de 2% en la cantidad de usuarios del
sistema. Esta consideración parte del supuesto en que la demanda del sistema se vea afectada
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
37
por factores sociales, económicos u operacionales del sistema troncal Transmilenio que
resulten influyendo en la demanda de este y que persistan a lo largo del tiempo.
Figura 15. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
Bajo en el período 2019-2040 según capacidad del bus en transporte de usuarios.
AÑO COMBUSTIBLE 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029
Electricidad - - - - - - - - - - -
Gas Natural - 24.825,0 35.393,4 70.645,2 70.503,9 70.362,9 70.222,2 70.081,8 69.941,6 69.801,7 69.662,1
Diesel 2.275.823,9 431.394,1 615.044,7 1.227.629,2 1.225.174,0 1.222.723,6 1.220.278,2 1.217.837,6 1.215.402,0 1.212.971,1 1.210.545,2
Total 2.275.823,9 456.219,1 650.438,1 1.298.274,4 1.295.677,9 1.293.086,5 1.290.500,4 1.287.919,4 1.285.343,6 1.282.772,8 1.280.207,3
AÑO COMBUSTIBLE 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
Electricidad 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8 165.802,8
Gas Natural 88.982,3 88.804,3 88.626,7 88.449,4 88.272,5 88.096,0 87.919,8 87.744,0 87.568,5 87.393,3 87.218,5
Diesel 540.911,8 539.830,0 538.750,3 537.672,8 536.597,5 535.524,3 534.453,2 533.384,3 532.317,5 531.252,9 530.190,4
Total 795.696,9 794.437,1 793.179,8 791.925,0 790.672,8 789.423,1 788.175,8 786.931,1 785.688,8 784.449,0 783.211,7
Tabla 8. Demanda energética en Gigajoules del sistema troncal Transmilenio para el escenario
Bajo en el período 2019-2040.
Los datos obtenidos del análisis y simulación realizada permiten estimar una diferencia entre
el escenario BAU y el escenario Bajo para la demanda energética del sistema de
aproximadamente 92.348,2 Gigajoules para el año 2029 (Figura 15). Se evidencia también
que la demanda energética del sistema no decrece proporcionalmente en un 2 % como lo
hace el decrecimiento de usuarios anualmente, sino que se registra un decrecimiento en la
demanda por encima de este 2 %, pero se mantiene en un valor porcentual menor a 10 % para
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
38
el período 2020-2040. El decrecimiento del 2 % en la cantidad de usuarios se hace a partir
del año 2023 con el propósito de comparar estos datos con el escenario alto.
4.3.2 Comportamiento de la demanda buses articulados
Al igual en el escenario BAU y el escenario Alto, la demanda energética en el sistema por
parte del componente de buses articulados se reduce drásticamente en un 79,58 %, lo que
equivale a 1.070.000 Gigajoules a partir del año 2022 comparado con la demanda energética
del año 2019.
Figura 16. Demanda energética en Gigajoules de buses articulados para el escenario Bajo en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
La caracterización de la demanda energética del componente articulado denota la poca
influencia de la entrada en operación de buses con tecnología eléctrica a la operación de la
flota a partir del año 2030, hecho que contrasta con los datos obtenidos en los escenarios
BAU y Alto, ya que en estos años la reducción en la demanda del sistema era de gran
magnitud en comparación a años anteriores del 2030.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
39
4.3.3 Comportamiento de la demanda buses biarticulados
La demanda energética de la componente de buses biarticulados en el sistema se mantiene
con un comportamiento similar a los escenarios anteriores, aunque en este escenario es a la
baja. Por ejemplo, la demanda energética disminuyó en 7,88 % en el año 2029 en
comparación con el 2022. Esta reducción representa 52,000 Gigajoules.
Figura 17. Demanda energética en Gigajoules de buses biarticulados para el escenario Bajo en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
La variación en la demanda del componente biarticulado para el escenario Bajo registra una
tendencia similar a los escenarios presentados antes, aunque evidentemente con una menor
magnitud, destacando por ejemplo la demanda para el año 2029 que para el escenario Bajo
representa 45.000 Gigajoules menos en comparación a este mismo año para el escenario base
en la demanda de energía para el componente biarticulado.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
40
4.3.4 Comportamiento de la demanda buses modales
Figura 18. Demanda energética en Gigajoules de buses modales para el escenario Bajo en el
período 2019-2040 según tipo de combustible.
La simulación realizada en la demanda del componente modal para el escenario Bajo también
brinda características similares al comportamiento y tendencia del componente biarticulado
de este mismo escenario.
La participación eléctrica en los buses híbridos a partir del año 2030 implica una reducción
en el consumo energético a partir de esta fecha en 145.000 Gigajoules en comparación al
consumo energético del año 2029. Esto corresponde a una reducción en la demanda
energética de 40,85 %.
La disminución en la demanda energética está relacionada directamente con la disminución
en la cantidad de usuarios para esta componente de buses del sistema Transmilenio. Se
destaca el aumento de la demanda de energía para el año 2022 en comparación al año 2019
en 35.000 Gigajoules.
A pesar de la disminución en la demanda energética para buses modales, se estima una
participación mayoritaria del 72.15 % en la demanda de energía del componente eléctrico,
este comportamiento es similar en este tipo de buses para todos los escenarios planteados.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
41
5. CAPITULO V. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
En la presente investigación, se determina la demanda energética del sistema troncal de
Transmilenio para el horizonte 2020-2040, empleando como base la información
proporcionada públicamente por la compañía Transmilenio S.A., la información aquí
recopilada permite estimar que la participación de buses con tecnología GNV representa el
48,58 % del total de flota, pero en el consumo energético total de la demanda representan el
5,44 % (año 2022). Esto demuestra que la inclusión de tecnologías más eficientes en el
sistema en comparación a buses que requieren de Diesel aporta eficacia al sistema, esto a
razón de que la cantidad de energía requerida para el transporte de usuarios es menor sin
necesidad de disminuir la frecuencia en las rutas, aumentar la ocupación por bus u otras
medidas operacionales que influyan en la calidad de la prestación del servicio. Así mismo,
con la participación de buses con tecnología eléctrica a partir del año 2030, la cual representa
el 54,35 % del total de la flota, pero en el consumo energético total del sistema representa
tan solo el 20,84 %.
Aunque si bien el consumo energético se reduce a partir de este año por la participación de
buses con tecnología eléctrica, se observa que la eficiencia del componente eléctrico en los
buses del sistema es menor al componente de buses con GNV; la razón de esto es debido a
que del 54,35 % de los buses con tecnología eléctrica el 10,16 % son buses híbridos y para
el funcionamiento de estos buses modales se requiere de operación con Diesel, esta necesidad
de operar con Diesel aumenta la demanda energética para este tipo de buses.
Para el período 2019-2029 se determina el consumo energético para buses híbridos por medio
del consumo de combustible Diesel, ya que por la tecnología para este tipo de buses se
requiere de dicho combustible para operar hasta la velocidad de 30 km/h, donde a partir de
esta velocidad se opera con la tecnología eléctrica. Esta estimación es posible identificando
que la velocidad de movilidad promedio de Bogotá es menor a 30 km/h, además de tener en
cuenta que los buses modales circulan de manera intraurbana en la ciudad de Bogotá D.C., y
no cuentan con carril exclusivo como la demás flota troncal. Esto reduciría su velocidad de
operación.
En el análisis realizado mediante los datos obtenidos de la caracterización de la demanda
energética, se puede destacar la afectación a la demanda de usuarios en el sistema por motivo
del aislamiento obligatorio a causa de la pandemia de la COVID-19. Tal afectación se detalla
directamente a partir del año 2020, año en el cual se redujo la cantidad de usuarios en
372.445.130 en comparación al año 2019, esta reducción implicó una reducción en
1.819.604,8 Gigajoules en el consumo total de energía del sistema. Otra posible variable
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
42
asociada a la reducción en el consumo de energía para el año 2020 es la entrada en operación
a la flota de buses con tecnología GNV, que tal como se determinó anteriormente, resulta
disminuyendo el consumo energético total del sistema troncal.
La recuperación en la cantidad de usuarios del sistema se detalla con el crecimiento de la
demanda energética del sistema a través de los años. Sin embargo, este estudio no considera
en detalle la influencia de variables externas en la demanda energética del sistema ni tampoco
las afectaciones que se pudieran dar en la cantidad de usuarios. Por tal motivo, se consideró
el escenario Bajo, en el cual se hace una predicción en la disminución de usuarios en el
sistema sea cual sea la razón externa que motive tal escenario. Para dicho escenario, la
tendencia es decreciente en la demanda energética y en la participación de usuarios, y al igual
que en los escenarios BAU y Alto, la participación de tecnologías más eficiencia como lo
son el GNV y eléctrico reducen drásticamente el consumo energético del sistema troncal.
Cabe destacar que, considerando todos los escenarios posibles, en ningún caso la demanda
energética del sistema troncal Transmilenio podría ser nuevamente la misma del año 2019 y
años previos por las razones expuestas con anterioridad.
Finalmente, la presente investigación podría ser empleada como base para el estudio
detallado en el consumo energético del Sistema Integrado de Transporte Público de Bogotá
(SITP), en el cual sea incluida la componente troncal del sistema Transmilenio detallada en
esta investigación, así como la componente zonal y de alimentadores del sistema. Este estudio
proporcionaría una predicción más amplia de la demanda energética del sistema de transporte
público de Bogotá D.C. para el período sujeto a la caracterización de la demanda.
Adicionalmente, considerando los impactos ambientales que se generan con la emisión de
gases de efecto invernadero por los sistemas de movilidad urbanos, esta investigación podría
ser extendida al estudio en la emisión de gases de efecto invernadero producto de la operación
del sistema troncal, siendo esta una herramienta adicional para la toma de decisiones en lo
referente al sistema de movilidad de la ciudad, aspectos de cambio climático y en la calidad
de vida de los residentes de la ciudad de Bogotá por la influencia de los gases contaminantes
en el aire de la ciudad.
Trabajo de grado “Demanda energética del Sistema de Transporte Masivo Transmilenio en el horizonte de largo plazo 2020 – 2040”
43
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