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Las redes de conocimiento como plataforma I+D+i para impulsar la transición energética en Colombia
Omar Prias
Director Red RECIEE
Bogotá, noviembre de 2018
Participación de investigadores en
las redes de investigación
Fortalecimiento de Centros de
Investigación en Red
Alianzas estratégicas
actores
Desarrollo tecnológico e
innovación
Conformación y consolidación de
redes de conocimiento
Política para el fomento de Redes
08/11/2018 2
Objetivos estratégicos institucionales 2015-2018
Mejorar la calidad y el impacto de la investigación y la transferencia de conocimiento y tecnología
Desarrollar proyectos estratégicos y de impacto en CTeI a través de la articulación de recursos de la nación, los departamentos y otros actores
Generar vínculos entre los actores SNCTI y actores internacionales estratégicos
Estrategias:
Meta a largo plazo
• 1 red - eficiencia
energética
• 1 red - tecnologías de
exploración y
explotación minero-
energética
• 1 red - Política y
regulación
Consolidación
• 3 en Eficiencia energética,
Generación distribuida y FNCE
• 1 en Agroenergía,
biocombustibles, biomasa y
biogás
• 3 en Tecnologías minero-
energéticas para exploración y
explotación
• 3 en política, regulación y
mercados energéticos
1
2
3
Meta a 2019
Energ
ía y
min
erí
a
Redes de conocimiento en Colombia
08/11/2018 3
Objetivo:crear espacios de interrelación y conocimientos entre expertos,
investigadores y empresas especializadas en diversas áreas temáticas, surgen como respuesta a:
La consolidación de un nuevo paradigma
intensivo en información y conocimiento
La importancia de la competitividad de personas que
trabajan en grupo, contrario a las que actúan de forma individual
La ruptura del modelo lineal de
innovación
Pérez, Castañeda (2009) Ciencias de la Información Vol. 40, No.1
Programa De Consolidación De La Red Colombiana DeConocimiento En Eficiencia Energético Y Su Impacto En El SectorProductivo Bajo Los Estándares Internacionales - COLCIENCIAS(2014 – 2018)
Objetivo General
Consolidación de la Red de Eficiencia Energética
Colombiana para la integración con la industria en
el ámbito de la gestión energética e identificación
de un agente integrador UNIVERSIDAD-EMPRESA-
ESTADO que permita la transferencia, sostenibilidad
e impacto a nivel regional y nacional.
Líneas y Proyectos del programa de consolidación de la Red RECIEE
Suministro de Frío en zonas apartadas
Diagnósticos integrales en sistemas energéticos
Eficiencia de motores en la industria
nacional
Aprovechamiento de biomasa autóctona
Consolidación de
Impacto en
sectores de uso
final de energía
Líneas de Investigación Proyectos programa de consolidación Productos
Sistemas de
climatización para
sector terciario
Eficiencia
energética en
modelos de
producción
Gestión de energía
en motores
eléctricos
Combustión de
biocombustibles a
partir de biomasa
autóctona
Acondicionamiento de
aire con energía solar
Implementación
Sistemas de Sistemas de
Gestión de la Energía
Cogeneración a
partir de biomasa
residual de palma
Gestión en procesos de
combustión – industria
de refinación de
petróleo
Identificación de
Agente Integrador
Universidad-
Empresa-Estado
08/11/2018 6
10
6
32
23
4
20
10
3
6
9
4
6
Tesis de pregrado
Tesis de posgrado
Publicación nacional
Publicación internacional
Ponencia nacional
Ponencia internacional
Organización de semimarios, conferencias y cursos
Metodología de proceso industrial
Libros, guias e instructivos
Informe de resultados de investigación
Ejercicio de Vigilancia tecnológica
Desarrollo tecnológico
Productos de los proyectos del programa RECIEE
Alrededor de
Productos I+D+i
Congresos Internacionales CIUREEAunque las primeras tres ediciones del Congreso Internacional CIUREE fueron realizados por RECIEE, las
dos últimas versiones, V y VI, fueron resultados del programa de consolidación RECIEE.
EJES T
EM
ÁT
ICO
S
PRINCIPALES RESULTADOS V y VI
Asistentes
Conferencistas magistrales
Ponencias nacionales e
internacionales
Artículos en proceso de revistas
colombianas indexadas
Eficiencia Energética
Gestión de la energía
Regulación y política
Energías renovables
Memorias de congresos
Congresos Internacionales CIUREE
Participación de representantes de los
sectores universidad, industria y gobierno.
Primera reunión de expertos en gestión de
la energía e ISO 50001 para Latinoamérica.
Fortalecimiento de relaciones
internacionales.
Profundización en herramientas de control
operacional.
Esquema de certificación y acreditación
para apoyar la promoción.
ASPECTOS DESTACADOS
Memorias del V y VI CIUREE se encuentran disponibles en nuestra página web: www.reciee.com
Cartagena 2016
B/quilla 2018
Misiones Tecnológicas InternacionalesLas tres misiones tecnológicas tuvieron como objetivo conocer las experiencias de países referentes a
nivel mundial en avances I+D+i en Eficiencia, Gestión Energética y Energías Renovables
México
Brasil
Alemania
Países visitados Tipos de Entidades
Universidades
Empresas
Entidades sector gubernamental
Gremios y asociaciones
Centros de Investigación
Entidades en total visitadas
Misiones Tecnológicas Internacionales
Consolidación de relacionamiento institucional con:
Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía
- CONUEE
Instituto Politécnico Nacional - IPN
Instituto de Energías Renovables – UNAM
Universidad de Sao Paulo
Universidad Federal de Rio de Janeiro
PETROBRAS
Asociación Brasilera de Empresas de Servicios de
Conservación de Energía – ABESCO
Agencia Alemana de Energía – DENA
Universidad Tecnológica de Berlín – TU Berlín
Centro de Innovación para la movilidad y cambio
social – Innoz Schneider Electric
Alemania 2018
Brasil 2016
I Jornada Científica RECIEE
Las jornadas científicas de la Red
RECIEE buscan mejorar aspectos
internos como la comunicación de
productos de conocimiento y el
sentido de pertenencia de la red.
Universidad CUC. Barranquilla, 13 y 14 de junio de 2017
Página Web RECIEE
Portal con resultados de proyectos, noticias,
publicaciones académicas,
informativas, eventos, etc. En temas de
eficiencia, gestión energética y energías
renovables.
Boletines RECIEELos boletines de la Red RECIEE pretenden difundir los principales
resultados de las actividades de la Red, así como temas de
actualidad, interés y pertinencia en el contexto de la transición
energética en el país.
Ediciones durante el programa de consolidación RECIEE
Todas las ediciones del Boletín RECIEE se
encuentran en nuestra página web:
www.reciee.com
Resultados proyectos RECIEE
Seguimiento reglamentación ley energías renovables Ley
1715 de 2014
Familia norma ISO 50001 – Sistemas de Gestión de Energía
Eventos en temáticas afines
Algunas temáticas
Posicionamiento e impactos de la Red RECIEE
Relación con actores como ONUDI (proyecto
transversal), USAID (Chiller Solar),
Universidad Técnica Federico Santa María
(proyecto gestión eco eficiente de procesos
de combustión).Ampliación de la Red y presencia en
más regiones del país. Nuevas
universidades e instituciones
vinculadas o en proceso: Universidad
EAN, Universidad Simón Bolívar,
Corporación Autónoma Regional de
Cundinamarca, CIDET, CAEM
Reconocimiento de la red RECIEE en el sector
internacional, afianzado por las misiones
internacionales y eventos internacionales.
Posicionamiento del congreso CIUREE como
un evento de encuentro académico con
enfoque Universidad-Empresa-Estado
Jornadas científicas
Red RECIEE como Agente integrador U-E-E
08/11/2018 15
Motivación- Experiencia formal de colaboración U-E-E
- Articular desempeño en innovación de las industrias con
las capacidades investigativas de las universidades
Necesidades
- Creación de empresas de base tecnológica
- Colaboración entre agentes del sector energético
- Facilitar recursos financieros, regalías, comercialización
de productos tecnológicos
Proyectos I+D+i
Congresos CUIREE
Comunicación, difusión
- Gestor de conocimiento y de innovación
Creación de conocimiento
Transferencia de conocimiento
Innovación
Apoyo al desarrollo de política pública
U
E
E
Misiones tecnológicas
Misión Red RECIEE
08/11/2018 16
Confianza de mercado
Prácticas académicas
Desarrollo de patentes
Nuevos modelos de negocios
Generación de empleo
Sostenibilidad de organizaciones
Creación valor industrial
Información real del mercado
ESCOs,Spin off
Formación académica
Prácticas académicas
Reconocer el conocimiento como un activo estratégico
Explotar fuentes de conocimiento para la innovación
Utilizar nuevas herramientas para el conocimiento especializado
Establecer mecanismos de comunicación efectivos
Reconocer barreras culturales de los participantes
Definir estrategias para la Gestión del Conocimiento
Competitividad a través d ela generación de valor para todos los actores
Modelo de gestión RECIEE como agente integrador. Impulsar la implementación de gestión del conocimiento en las organizaciones, .
Desarrollo de mecanismos de comunicación efectivos y un lenguaje común que facilite el establecimiento de acuerdos
de mutuo beneficio y alianzas universidad - empresa.
El contacto directo con la realidad empresarial y social para alinear demandas tecnológicas externas y las actividades
de investigación y desarrollo tecnológico interno en los grupos de investigación.
Desarrollar infraestructuras al interior de los grupos de investigación, en divulgación de las actividades y resultados
científicos y tecnológicos.
Fortalecimiento de la capacidad de gestión, para adaptación y orientación al cambio. Transición energética,
Pensamiento innovador y creativo al interior de los grupos de investigación
Definición de políticas de protección a la propiedad intelectual
Impulsar legislación que promueva la innovación y el emprendimiento. ESCOS, Spin Off
08/11/2018 17
Impacto y sostenibilidad
Impulsar políticas específicas con Colciencias para la continuidad del trabajo con redes de
conocimiento.
Cooperación internacional con las entidades de las misiones internacionales, entidades de cooperación multilateral
Plataformas de intercambio de conocimiento a partir de pasantías, congresos, publicaciones internacionales etc.
Continuar con la investigación en las áreas de gestión de la energía, eficiencia en usos finales de
energía y aprovechamiento de la bioenergía colombiana,fuentes renovables mediante proyectos de
investigación financiados por Colciencias y/o cofinanciados con entidas del sector energético y la
industria.
Mantener el posicionamiento de la red RECIEE, mediante la continuidad del congreso CIUREE, Jornadas
Científicas y los mecanismos de comunicación tales como los boletines, redes, pagina RECIEE y
publicaciones cientificas.
08/11/2018 18
Impacto y sostenibilidad
Trabajo conjunto con el gobierno colombiano para la difusión la ley 1715 y sus documentos
reglamentarios. Como tambien en las estartegias y aciones del PROURE 2022
Fortalecer capacidades a usuarios finales en la adopción de la transición energética para lograr la
participación activa de la demanda en los nuevos escenarios energéticos (etiquetado energético,
medición inteligente, generación distribuida etc.)
Investigación de la problemática y diseño de soluciones sostenibles en toda la cadena energética para
lograr un servicio de energía eléctrica en la costa atlántica colombiana.
Apoyo y trabajo en conjunto con la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) en el
establecimiento y funcionamiento del Observatorio Colombiano de Energía, CONPES 3934 de 2018,
política de crecimiento verde.
08/11/2018 19
Participación en la generación de políticas en eficiencia energética y difusión de los elementos que se derivan de estas
Impacto y sostenibilidad
Ofertas permanentes de cursos en modalidad virtual y presencial que atiendan a necesidades específicas
de los sectores de consumo final identificadas por la red.
Oferta de programas de posgrado conjuntos entre las diferentes universidades que hacen parte de la red
y facilidad de movilidad académica, vía gestión entre las entidades participantes. De igual manera se
están evaluando otros componentes académicos conjuntos como cátedras itinerantes, pasantías
académicas y oferta de educación continua en modalidad no formal.
Apoyo a la formulación de centros de excelencia en energía, centros de desarrollo tecnólogico para el
fomento a la investigación, desarrollo e innovación en energía.
Cooperación académica en la organización de congresos internacionales, posibilitando a su vez la
difusión del congreso CIUREE y la participación de conferencistas en nuevas áreas en próximas ediciones
del congreso.
08/11/2018 20
¡Gracias!Omar Prias
www.reciee.com
Luis de la Rosa
Bogotá, noviembre de 2018
Red RECIEE @Red_Reciee
Implementación SGIE según
estándar ISO 50001 – Fase de
Impacto y Sostenibilidad de los
SGIE en el Sector Productivo
Omar Prias Director Red RECIEE
David Rojas, Candidato MSc, Grupo GRISEC
Bogotá, noviembre de 2018
Implementación SGIE según estándar ISO 50001 –
Fase de Impacto y Sostenibilidad de los SGIE en el
Sector Productivo
08/11/2018 2
Entidades ejecutoras Entidades coejecutoras
Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira
Universidad Autónoma de Occidente
Universidad del Atlántico
Universidad del Valle
El proyecto se configuró como un proyecto transversal
dentro del Programa RECIEE, teniendo como objetivo
central la consolidación del Sistema de Gestión Integral
de la Energía SGIE en el sector productivo colombiano.
Objetivo
08/11/2018 3
RESULTADOS
08/11/2018 4
Objetivo 1: Conciencia eficiencia energética
“Generar conciencia y culturaorganizacional acerca de la eficienciaenergética en el sector productivo nacionalmediante jornadas de divulgación ysensibilización sobre la importancia de la
mejora del desempeño energético.”
08/11/2018 5
Participación Comité 228 en Sistemas de Gestión de la Energía
Participación activa dentro del comité por parte de
RECIEE a través de la Universidad Nacional y Autónoma
de Occidente
Revisión versiones de avances en actualización de
norma ISO 50001
Traducción de Norma ISO 50006 sobre Línea de Base
energética e Indicadores
Apoyo e impulso a la norma de competencias para
implementación de sistemas de gestión de energía
Primera reunión expertos ISO 50001 para
latinoamérica
08/11/2018 6
• En el marco del V CIUREE
• 8 países participantes
• Iniciativas conjuntas posteriores
Proyecto Eficiencia Energética Industrial - EEI Colombia con
ONUDI – Sinergía generada con el programa SGIE
1. Desarrollo e
Implementación de
reglamentos técnicos
y estándares
2. Ampliación
programa SGiE
3. Optimización
de Sistemas de
Uso final de
energía
Componentes del programa EEI Colombia
Desarrollado por RECIEE en
alineación con su programa de consolidación
Proyecto Eficiencia Energética Industrial - EEI Colombia con
ONUDI
14
12
13
15
Boyacá Santander
Eje cafetero Norte de Santander
54
Empresas
0
5
10
15
Boyacá Santander Eje cafetero Norte deSantander
Manufacturera MineríaAlimentos y bebidas Servicios PúblicosOtros
Actividades económicas de las empresas del programa por regiones
Cantidad de empresas por regiones
08/11/2018 9
Cursos de Medición y Monitoreo para la Industria
Medición inteligente para
gestión de la energía
Medición en motores
eléctricos
Medición en producción de vapor
- calderas
Medición en producción de frio -refrigeración y aire
acondicionado
Auditorías energéticas
Asistentes a los cursos
Ciudades del país
Barranquilla
Bogotá
Medellín
Cali
08/11/2018 10
Objetivo 2: Vigilancia tecnológica
“Realizar Vigilancia Tecnológica sobre loselementos de uso final y los equipos demedición y registro de información en laindustria, que permitan dar soporte al SGIE.”
08/11/2018 11
Libro de vigilancia tecnológica en usos finales
de energía y herramientas de gestión
Disponible en www.reciee.com
Iluminación
Motores eléctricos
Calderas
Aire acondicionado VFR
Herramientas gestión energía
08/11/2018 12
Objetivo 3: Integración U-E-E
“Fomentar la integración de la academia ylos estamentos gubernamentales con elsector productivo para el desarrollo deproyectos de gestión energética en unasegunda etapa de profundización e impactoen la industria.”
Esquema de trabajo con industrias
08/11/2018 13
Decisión Estratégica para la
implementación de un SGIE
Implementación SGIE bajo
lineamientos ISO 50001
• Caracterizacion energética y productiva
• Concientización a la gerencia y criterios para iniciar proceso de implementación
• Elementos estructurales del SGE: política y comité energético.
• Desarrollo y documentación de elementos de planificación energética: revisión energética, IDEs, LBE.
Unificación de herramientas y metodologías
08/11/2018 14
• Plataforma de apoyo a la implementación de Sistemas de Gestión de energía bajo lineamientos ISO 50001
• Formatos y guías basadas en SGIE, ISO 50001 y aprendizaje de más de 10 años de trabajo con industria
• Alineación con normas de la familia ISO 50000
• Integración con metodología ONUDI
• Retroalimentación con gestores y profesores participantes de todo el país (alrededor de 40 personas)
08/11/2018 15
Decisión estratégica e implementación en industria
Empresas etapa de
decisión estratégica
RegiónN° de
EmpresasSectores
Centro 18
Termoeléctricas,
servicios, minero,
plásticos, cerámica,
alimentos
Valle del
Cauca17
Alimentos, servicios,
manufactura
Costa
Caribe15
Plástico, alimentos,
química, servicios
Empresas etapa de decisión estratégica• Alfagres
• American Rubber
• Armada Nacional
• Cerromatoso
• Cintalast
• Comestibles Ricos
• CORONA - Planta de pisos y
paredes Madrid
• General Motors Colmotores
• Gloria Colombia, Planta
Cogua
• Instituto Roosevelt
• Ladrillera Gredos
• Milpa
• Pack Film
• Packing S.A
• Teamfoods Colombia S.A
• Termo Paipa
• Alquería Valle
• Cafexcoop Trilladora
• Colombates
• Harinera del Valle
• Industrias Alimenticias el
Trebol
• Manjar Blanco Navideño
• OVO Paciific
• Diario el País
• Acesco
• Clínica Porto Azul
• Coca Cola Bquilla
• Dow Agrosciences
• Dow Química
• Gelco
• Hotel Barranquilla Plaza
• Hotel Puerta del Sol
• Impuche
• Monómeros Colombo Venenzolanos
• Tapón Corona
• Team Foods Barranquilla
• Centelsa S.A
• Clínica San Fernando
• Coca Cola
• Fleischmann - Food
• Flexa
• Impadoc S.A
• Tapón Corona
• Universidad Autónoma de Occidente
• Universidad Nacional
• Inversiones la mejorana
• Alival
• Industrias EMU
• Laboratorios Ross D Ellen S.A.S
• Litoplas S.A.
08/11/2018 17
Decisión estratégica e implementación en industria
Empresas etapa de
implementación
RegiónN° de
EmpresasSectores
Centro 9
Termoeléctricas,
servicios, minero,
plásticos, cerámica,
alimentos
Valle del
Cauca8
Alimentos, servicios,
manufactura
Costa
Caribe8
Plástico, alimentos,
química, servicios
Empresas etapa de implementación
• Alfagres
• Armada Nacional
• Cotecmar
• Intecplast
• PackFilm
• Teamfoods Colombia S.A
• Termo Cartagena
• Termo Paipa
• Termozipa
• Universidad Nacional de Colombia
• CENTELSA S.A
• Clínica San Fernando
• Coca Cola
• Team Foods Soplado
• Flexa
• FLEISCHMANN-FOOD.
• IMPADOC S.A
• Tapón Corona
• UAO
• Acesco
• Coca Cola
• Impuche
• Laboratorios Ross D Ellen S.A.S
• Monómeros Colombo
Venenzolanos
• Tapón Corona
• Team Foods Refinería
Sectores empresas beneficiarias de los programas
de la red RECIEE
08/11/2018 19
Alimentos; 43
Plásticos; 16
Químico y Farmacéutico; 15Cerámicos; 11
Metalmecánico; 11
Materiales de construcción; 8
Acueducto; 5
Siderúrgico; 5
Impresión; 4
Operación Logística; 4
Generación de energía; 3
Hospitalario; 3
Servicios; 3
Textil; 3
Otros; 19
Más de 10 años de trayectoriaen formento a los Sistemasde Gestion de Energía
• Modelo SGIE (2007)• PEN SGIE(2010-2013), • RECIEE (2014-2018) • EEI Colombia (2016-2018)
Sectores de consumo representativos y cubrimiento de 8 regiones el país
Resultados adicionales
• Libro: Metodología para la planificación energética a partir de la norma ISO
50001. Autores: Rosaura del Pilar Castrillón, Adriana Janeth González.
Programa Editorial Universidad Autónoma de Occidente. ISBN: 978-958-8994-
59-8. Primera Edición, 2018.
• Nuevas herramientas para apoyar la implementación del SGE:
• Metodología para implementación en sector hospitalario.
• Mejora del desempeño energético involucrando la eficiencia estacionaria
en el diseño del control operacional.
• 4 artículos publicados en revistas internacionales, 4 artículos publicados en
revistas nacionales, 6 artículos publicados en las memorias del V CIUREE y 2
artículos presentados en el VI CIUREE.
Gracias
Omar Prias
Director Red RECIEE
Red RECIEE @Red_Reciee
David Rojas
Candidato MSc. Ing. Industrial
www.reciee.com
Modelos de planeación de la
producción enfocados a la
eficiencia energéticaAna Cecilia Escudero A.
Grupo de Energía y Termodinámica – UPB
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, octubre 24 de 2018
Objetivos del proyecto
Objetivo General:
Desarrollar y aplicar al sector productivo modelos novedosos de planeación de la producción que tengan como objetivo el incremento de la eficiencia energética, incrementando la productividad y competitividad de la región.
08/11/2018 2
Objetivos del proyecto
Objetivos Específicos:
Realizar un proceso de vigilancia tecnológica alrededor del estado del arte de los modelos de planeación de la producción haciendo énfasis en aquellos que poseen criterios multiobjetivo.
Realizar una actualización de las capacidades institucionales en temas de eficiencia energética y modelos de planeación de la producción.
Desarrollar al menos (2) nuevos modelos generales de planeación de la producción multiobjetivo, donde la eficiencia energética juegue un papel preponderante.
08/11/2018 3
Objetivos del proyecto
Objetivos Específicos:
Divulgar los resultados obtenidos en la fase de investigación y desarrollo con el fin de vincular empresas del sector productivo para la fase de aplicación práctica de los modelos.
Aplicar los modelos desarrollados en empresas de diferentes sectores y regiones del departamento, adecuándolos a las condiciones particulares de las mismas
08/11/2018 4
Actividades realizadas
Se realizó un estudio de vigilancia tecnológica y del estado del arte de modelos de planeación de la producción que considerara la eficiencia energética. El resultado en el momento mostraba pocas publicaciones pero en tendencia creciente.
Con el fin de actualizar las capacidades de los grupos de investigación del proyecto, se asistió a un congreso sobre eficiencia energética IETC 2015 en Estados Unidos y al Congreso sobre investigación en procesos ICPR-2016 en Chile.
Se realizaron jornadas de capacitación mutua entre los investigadores del proyecto; quienes eran expertos en eficiencia energética aprendieron las bases de la planeación de la producción y viceversa.
08/11/2018 5
Actividades realizadas
Se desarrolló primero el modelo “flow shop” y luego el modelo “job shop” usando algoritmos genéticos. Dado que las aplicaciones comerciales de programación de operaciones son limitadas en el uso de variables energéticas, se decidió programar un software especial para correr los modelos, de forma que fuera fácil de usar y se pudiesen considerar por lo menos tres objetivos energéticos.
Los modelos se validaron usando herramientas de simulación.
Los modelos fueron aplicados en tres empresas, para las cuales se realizó una completa caracterización de procesos y la medición de variables en campo.
Se divulgaron los avances y resultados en eventos nacionales e internacionales y se incorporó la temática en un curso de postgrado.
08/11/2018 6
Productos finales
Informe de vigilancia tecnológica.
Una ponencia y un poster en el V CIUREE 2016.
Una ponencia en el International Conference on Production Research – ICPR, Chile, 2016.
Un registro del software Energy Aware Production Scheduling Software - EAPSS.
Un artículo aceptado para publicación en el Engineering Management Journal -EMJ (Revista internacional Q2).
Una tesis de maestría (con mención honorífica en la Universidad Nacional-SedeMedellín).
08/11/2018 7
Propuestas de nuevos temas de investigación a
partir de los resultados obtenidos
Simulación de equipos consumidores de energía térmica que incluya etapatransitoria.
Construcción del modulo de costos del EAPSS (al momento los resultados están enunidades de energía).
08/11/2018 8
Diseño de una metodología para la gestión eco-eficiente de
procesos de combustión, caso de estudio: la industria de
refinación del petróleo
Código: 110154332086
Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov Investigador principal del proyecto
Centro de Investigación para el Desarrollo Sostenible en Industria y Energía –
CIDES
Universidad Industrial de Santander
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, noviembre 6 de 2018
Objetivos del proyecto
Objetivo General
Diseñar una metodología para la gestión eco-eficiente de procesos de combustión, tomando como caso de estudio la industria de la refinación del petróleo.
03/11/2018 2
Objetivos del proyecto
Objetivos específicos:
1. Evaluar la desviación de productos intermedios a la red de combustible.
2. Evaluar la eficiencia energética, las emisiones ambientales de los procesos de combustión, mediante el análisis del comportamiento de las mezclas combustibles, en una cámara de combustión instrumentada de laboratorio.
3. Diseñar la logística para el aprovechamiento de gases de refinería como combustible en los procesos de combustión.
4. Determinar los índices para la gestión de los procesos de combustión de los gases residuales de refinería, integrando aspectos ambientales y de seguridad de procesos.
03/11/2018 3
Actividades realizadas
OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
1. Evaluar la desviación de productos
intermedios a la red de combustible.
Inventario de gases que conforman la red de combustible del proceso de
refinación.
Identificación de las fuentes de mezclas, características, históricos de
calidades y cantidades.
Revisión de diagramas de procesos en las que intervienen los gases
combustibles.
Revisión de condiciones de proceso.
Revisión de normas de operación de equipos y condiciones de proceso.
2. Evaluar la eficiencia energética, las
emisiones ambientales de los procesos
de combustión, mediante el análisis del
comportamiento de las mezclas
combustibles, en una cámara de
combustión instrumentada de
laboratorio.
Selección del equipo de laboratorio para realizar la evaluación de las
mezclas tipo
Desarrollo del modelo para cuantificación de emisiones.
Utilización del modelo desarrollado para evaluar métodos y/o
procedimientos que favorezcan la reducción de emisiones, considerando
parámetros de operación y diseño de los equipos.
Comparación de los resultados obtenidos con el modelo con datos de
monitoreo de planta.
03/11/2018 4
Actividades realizadas OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
3. Diseñar la logística para el
aprovechamiento de gases de refinería
como combustible en los procesos de
combustión.
Determinación de los intervalos óptimos de mezcla que favorezcan la eficiencia térmica
Identificación de las condiciones de operación para cumplimiento de normas de seguridad
de procesos.
Determinación de restricciones ambientales para la combustión de gases de refinería.
Evaluación de parámetros energéticos, ambientales y de seguridad.
Vigilancia tecnológica de combustión de mezclas de gases de refinería para
determinación de tendencias tecnológicas.
Determinación de las leyes de mezclas para los gases de refinería.
Diseño de procedimientos para la gestión de mezclas de gases.
Experimentación de la mezcla tipo en reactor instrumentado de laboratorio sobre 2
aceros típicos de refinería.
Caracterización de los aceros seleccionados después de la exposición a la mezcla tipo
para observar los fenómenos corrosivos.
Determinar la cinética y mecanismos de formación de productos de corrosión generados
por la mezcla tipo.
Sugerir recomendaciones sobre el proceso de combustión respecto a la mezcla de gases
evaluada.
03/11/2018 5
Actividades realizadas OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
4. Determinar los índices para la gestión
de los procesos de combustión de los gases
residuales de refinería, integrando
aspectos ambientales y de seguridad de
procesos.
Establecimiento de las condiciones de operación para cumplimiento de normas de
seguridad de procesos.
Determinación de las restricciones y parámetros de medición de los aspectos
ambientales.
Recolección de información (Artículos, libros, tesis), donde se encuentran temas
relacionados con las metodologías para la determinación de los índices de los procesos de
combustión en aspecto ambientales y de seguridad de procesos, así como para la
determinación de los índices termo-económicos de las mezclas de gases de refinería.
Planteamiento de la metodología a seguir para la determinación del índice
termoeconómico de mezclas de gases en un horno de refinería.
Establecer la topología del proceso, balances de masa, energía y cálculo de propiedades
termodinámicas de un horno que utiliza mezcla variable de gases en la refinería de
Barrancabermeja.
Realizar un análisis exergético y darle costo a las irreversibilidades del proceso llevado a
cabo en el horno que utiliza mezcla variable de gases en la refinería de
Barrancabermeja.
Realizar el análisis económico del proceso, teniendo en cuenta vida útil de las tuberías y
del equipo, mantenimiento, costo de gases, etc, en el horno que utiliza mezcla variable
de gases en la refinería de Barrancabermeja.
Determinar un índice termoeconómico del proceso llevado a cabo en el horno que utiliza
mezcla variable de gases en la refinería de Barrancabermeja.
03/11/2018 6
Productos finales
03/11/2018 7
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
1. Artículo en revista internacional: Evaluation of combustion models for determination of refinery furnaces efficiency
Oscar Cala, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra.Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 23 Nº 3,
2015, pp. 429-438 Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS
Disponible: https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0718-33052015000300012&lng=pt&nrm=is&tlng=es 2. Artículo en revista nacional: Optimización de la combustión utilizando como criterios de evaluación el índice de Wobbe y
el número de metano. María Gómez, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra
REVISTA ITECKNE Vol. 11 Número 1 • ISSN 1692 - 1798 • ISSN Digital 2339-3483 • Junio 2014 • 76 – 83
Indexada en A2 por COLCIENCIAS
Disponible: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-17982014000100009 3. Artículo en revista nacional: Efecto de la composición del gas de refinería sobre las características del proceso de
combustión
Oscar Cala, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra. Revista Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 12,
No. 23 pp. 101- 112 - ISSN 1692-3324 - julio diciembre de 2013/184 p. Medellín, Colombia. Indexada en A2 por COLCIENCIAS
Disponible://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S169233242013000200009&script=sci_abstract&tlng=pt
Compromiso adquirido: 4 artículos en revistas indexadas
Productos finales
03/11/2018 8
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
4. Artículo en revista internacional: Influence of Fuel Mixtures and Biomass on Efficiency and Safety in Combustion Process
Viatcheslav Kafarov, Lourdes Meriño, Jaqueline Saavedra, Antonio Zuorro. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 38,
2014
ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS
Disponible: http://www.aidic.it/cet/14/38/013.pdf 5. Artículo en revista internacional: Computer Aided Evaluation of Eco-Efficiency of Refinery Combustion Process. Jaqueline
Saavedra, Lourdes Merino, Viatcheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 32, 2013 ISBN 978-88-95608-51-
8; ISSN 2283-9216
Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS
Disponible: http://www.aidic.it/cet/13/32/037.pdf
6. Artículo en revista internacional: Determination of the Gas Composition Effect in Carbon Dioxide Emission at Refinery
Furnaces
Jaqueline Saavedra, Lourdes Merino, Viatcheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 35, 2013. ISBN 978-
88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS
Disponible: http://www.aidic.it/cet/13/35/226.pdf
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03/11/2018 9
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
7. Artículo en revista internacional: Methodology for Evaluation of Corrosion Damage During Combustion Process in Refinery
and Petrochemical Industry. Case Study: AISI 304 and ASTM A335 P5 Steels. Aníbal Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Lourdes
Meriño
CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 61, 2017 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2
Disponible: http://www.aidic.it/cet/17/61/217.pdf
8. Artículo en revista internacional: Study of the continuous corrosion in an oxidation environment derived from the
theoretical combustion products in a refinery. Case study: Ferritic steel ASTM A335 P91. Anibal Alviz*, Viatcheslav Kafarov,
Darío Yesid Peña-Ballesteros. IOP Conf. Series: Journal of Physics, 935, 012057, 2017 ISSN 17426588, 17426596. Indexada en
categoría B por COLCIENCIAS
Disponible: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/935/1/012057/pdf
9. Artículo en revista internacional: Effects of oxidation-nitridation in the presence of water vapor on ASTM A335 P92 steel
using SEM-EDS and XPS characterization techniques. Juan C. Orozco*, Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña-Ballesteros,
Aníbal Alviz
IOP Conf. Series: Journal of Physics, 935, 012056-2017. ISSN 17426588, 17426596. Indexada en categoría B por COLCIENCIAS
Disponible: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/935/1/012056/pdf
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03/11/2018 10
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
10. Artículo en revista internacional: Study of corrosive behavior of ASTM A335 P92 steel exposed to simulated refinery
environments.
Juan Orozco, Viatcheslav Kafarov, Darío Peña, Anibal Alviz Journal of Material Sciences & Engineering, 6(10), 4172 ISSN:
2169-0022
Indexada Categoría B en COLCIENCIAS
Disponible: https://www.omicsonline.org/proceedings/study-of-corrosive-behavior-of-astm-a335-p92-steel-exposed-to-
simulated-refinery-environments-80795.html
11. Articulo en revista internacional: Evaluation of Cyclic Corrosion on ASTM A335 P92 Steel Exposed to a Combustion
Atmosphere in a Horizontal Boiler, 67(2017), 13–18. Orozco, J., Alviz-meza, A., Kafarov, V., Peña-, D. Y., Osses, C., & Pinto,
M. (2018). https://doi.org/10.3303/CET1867003 12. Artículo en revista internacional: Evaluation of corrosion damage obtained during the combustion process in a boiler.
Case study: ferritic steel ASTM A335 P91 Aníbal Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros CHEMICAL
ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada en categoría A2
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70
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03/11/2018 11
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
13. Artículo en revista internacional: Study of Continuous Corrosion on ASTM A335 P91 Steel in an Environment of CO2-O2-
N2-H2O Derived from the Theoretical Combustion Products of a Mixture of Refining Gases at High Temperatures Aníbal
Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros, Javier Sanabria. Ballesteros CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS,
vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada en categoría A2
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70
14. Artículo en revista internacional: Evaluation of Cyclic Corrosion on ASTM A335 P92 Steel Exposed to a Combustion
Atmosphere in a Horizontal Boiler. Juan C. Orozco*, Aníbal Alviz, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros, Camilo
Osses, María Pinto. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada
en categoría A2
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol67
15. Artículo en revista internacional: Methodology for the Analysis of ASTM A335 P92 Steel Exposed to Real Atmospheres of
Refinery Combustion. Juan Orozco, Viatcheslav Kafarov, Dario Peña. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN 978-88-
95608-51-8; ISSN 2283-9216.
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70
Productos finales
03/11/2018 12
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas
nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.
16. Artículo en revista internacional: Exergetic analysis of combustion processes of variable mixtures of refinery residual
gas. Effect of propane Daniel Barragan, Sergio Morales, Viatcheslav Kafarov.CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN
978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70 17. Artículo en revista internacional: 3D CFD simulation of combustion in furnaces using mixture gases with variable
composition. Sergio Morales, Daniel Barragan-Noriega, Viacheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN
978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216
Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70
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03/11/2018 13
TESIS DE MAESTRÍA: 4 finalizadas y 2 en desarrollo(6 estudiantes).
1. Tesis de maestría finalizada: “Desarrollo de un modelo predictivo para determinar las mezclas óptimas de
combustibles gaseosos utilizados en hornos de craqueo térmico para la disminución de gases de efecto invernadero
(GEI)”. Estudiante Angélica Carreño. Directores: Viatcheslav Kafarov.
2. Tesis de maestría finalizada: “Determinación de un índice de eficiencia energética para los procesos de
combustión de los gases de refinería”. Estudiante: Oscar Mauricio Cala Parra. Directores: Viatcheslav Kafarov,
Lourdes Meriño y Jacqueline Saavedra.
TESIS DE DOCTORADO: 1 finalizada y 1 en desarrollo (2 estudiantes).
1 Tesis doctoral finalizada: Diseño de una metodología para lograr una combustión eco-eficiente y segura de mezcla
de gases. Estudiante: Lourdes Isabel Meriño Stand, Directores: Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra.
1 Tesis doctoral en curso: Evaluación de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 en una atmósfera de
combustión típica de un horno de refinería a altas temperaturas. Estudiante: Aníbal Alviz Meza.
Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros, Francisco Javier Pérez Trujillo.
Compromiso adquirido: 1 tesis doctoral.
Compromiso adquirido: 3 tesis de maestría
Productos finales
03/11/2018 14
TESIS DE MAESTRÍA: 3 finalizadas y 3 en desarrollo(6 estudiantes).
3. Tesis de maestría finalizada: Diseño de la logística para el aprovechamiento óptimo de los gases de refinería
teniendo en cuenta aspectos energéticos, ambientales y de seguridad. Estudiante: María del Pilar Gomez Olachica
Directores: Viatcheslav Kafarov.y Jacqueline Saavedra .
4. Tesis de maestría finalizada: Estudio de la corrosión isotérmica en ambientes simulados de refinería de:
oxidación, oxidación-carburización y oxidación nitridación, considerando el efecto del vapor de agua sobre el acero
ASTM A335 P92 a altas temperaturas. Estudiante: Juan Carlos Orozco Agamez. Directores: Viatcheslav Kafarov y
Darío Yesid Peña Ballesteros
5. Tesis de maestría en curso: Estudio del efecto de la variabilidad del poder calorífico de las mezclas de gases en
la combustión en hornos de refinería mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)
Estudiante: Sergio Andrés Morales Restrepo. Director: Viatcheslav Kafarov
6. Tesis de maestría en curso: Análisis termoeconómico de procesos de combustión de mezclas de gases residuales
en refinería. Estudiante: Daniel Ricardo Barragán Noriega- Director: Viatcheslav Kafarov
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03/11/2018 15
TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 10 tesis de grado (19 estudiantes).
1.Tesis de pregrado finalizada: Modelamiento y simulación de los perfiles de composición y temperatura de un
horno de combustión, variando la composición del gas combustible. Estudiantes: Ingrid Paola Camargo Madrigal y
Merlin Viviana Mogollon Chavez. Directores: Viatcheslav Kafarov y Lourdes Meriño Stand
2. Tesis de pregrado finalizada: Diseño experimental y simulación de la corrosión a alta temperatura de los aceros
ASTM A335 (P5) y AISI 304 ocasionada por la combustión de mezclas de gases utilizado en hornos de la refinería de
Barrancabermeja. Estudiantes: Diego Armando Nemojon Puentes y Angie Tovar. Directores: Viatcheslav Kafarov y
Lourdes Meriño Stand
3.Tesis de pregrado finalizada: Evaluación de la corrosión del acero ASTM A335 P92 sometido a altas temperaturas
bajo una atmosfera de oxidación-nitridación típica de una refinería. Presentado por: María Natalia Mayorga Niño y
María Jimena Rueda Patiño. Directores: Viatchselav Kafarov y Juan Carlos Orozco.
4. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas.
Caso de estudio: atmósfera de oxidación-nitridación de la refinería Presentado por: Juan Manuel Ortiz Arévalo
Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros y Aníbal Alviz Meza.
Compromiso adquirido: 3 tesis de pregrado
Productos finales
03/11/2018 16
TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 10 tesis de grado (19 estudiantes).
5. Tesis de pregrado finalizada: Oxidación continua del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas. Caso de estudio:
ambiente oxidante derivado de los productos de combustión de una mezcla de gases de la refinería.
Presentado por: Javier Alexis González Moreno y Álvaro José Pinzón Sarquez. Directores: Darío Yesid Peña
Ballesteros y Aníbal Alviz Meza.
6. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión en un ambiente de combustión típico de una caldera a alta
temperatura: caso de estudio acero ASTM A285 GR. C. Estudiantes: Laura Marcela Ardila Pinzón y Yuleyxi Tatiana
Granados Vera. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal Alviz Meza
7. Tesis de pregrado finalizada: Evaluación de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 en una atmósfera de
oxidación-nitruración resultante de los productos de combustión de un horno de refinería a 450°c Estudiantes:
Mario Andrés Echeverría Ortega y Effer Junior Páez Cure. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal Alviz Meza
8. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión continua a altas temperaturas en un ambiente de
carburización derivado de una mezcla de gases de combustión de una refinería. Caso de estudio: acero ASTM A335
P91 Estudiantes: Siris Julieth Ortiz Vanegas y Laura Isabel Rincón Jaimes. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal
Alviz Meza
Productos finales
03/11/2018 17
TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 10 tesis de grado (19 estudiantes).
9. Tesis de pregrado finalizada: Oxidación continúa del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas. Caso de estudio:
atmósfera oxidante derivada de los productos de combustión teóricos de una mezcla modelo de gases de refinería
Estudiantes: Laura Daniela López Delgado y Yenny Patricia Ostos Rodríguez Directores: Viatcheslav Kafarov y
Aníbal Alviz Meza
10. Tesis de pregrado finalizada: Evaluación del comportamiento del acero ASTM A335 P92 expuesto a un ambiente
de corrosión real en una caldera horizontal Estudiantes: Juan Camilo Osses Abaunza y María Fernanda Pinto Ortiz.
Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros y Juan Carlos Orozco Agamez.
Productos finales
03/11/2018 18
TRABAJOS EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.
1. Evento internacional: 9th SWEDES 2014 –Venecia del 20 al 27 de septiembre de 2014.
Ponencia: “Effect of the variability of the composition of the fuel gas on the methane number at furnaces at refinery”.
2. Congreso internacional: PRES 2014. 23 – 27 agosto, Praga – República Checa:
Ponencia: Predictive model to define mixtures of fuel gas optimal used in furnaces for thermal cracking for reducing
greenhouse gases.
Ponencia: Combustion optimization using methane number and wobbe index as evaluation criteria
3. Congreso internacional: V CIUREE Congreso Internacional de Eficiencia y Gestión Energética, Cartagena del 3 al 5 de
febrero de 2016. Se realizaron las siguientes ponencias:
Ponencia oral: Evaluación del daño por corrosión de los aceros AISI 304 Y ASTM P5 en atmósferas generadas durante el
proceso de combustión en industrias petroquímicas.
4. Congreso internacional: IMCCRE 2016 International Mexican Congress on Chemical Reaction Engineering, Queretaro-
Mexico, del 5 al 9 de junio. Se realizó la siguiente ponencia:
Ponencia oral: Evaluation of corrosion damage of the steels AISI 304 and ASTM P5 in atmospheres generated during the
combustion process in petrochemical industries.
Productos finales
03/11/2018 19
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.
5-7 Congreso internacional: 4TH IMRMPT 2017 International Meeting for Researchers in Materials and Plasma technology,
Santamarta del 23 al 26 de mayo. Se realizaron las siguientes ponencias:
Poster: “Study of oxidation in a typical corrosion atmosphere from a refinery furnace at high temperatures. Case study,
ferritic steel ASTM A335 P91”.
Poster: “Study of nitridation in a typical corrosion atmosphere from a refinery furnace ay high temperatures. Case study,
ferritic steel ASTM A335 P91”.
Poster: “Effects of oxidation-nitridacion in the presence of water vapor on ASTM A335 P92 steel using SEM-EDS and XPS
characterization techniques”.
8. Congreso internacional: ThEOR 2017, en Kazan, Rusia del 19 al 23 de junio.
Ponencia oral: “Methodology for evaluation of corrosion damage during fire flooding for enhanced oil recovery. Case
study: AISI 304 and ASTM A335 P5 steels”.
9. Congreso internacional: “SEEP 2017 - 10th International Conference on Sustainable Energy & Environmental
Protection” en Bled, Eslovenia del 27 al 30 de junio de 2017.
Ponencia oral: “CFD simulation of combustion in a furnace using mixture gases with variable calorific value”
Productos finales
03/11/2018 20
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.
10. Congreso nacional: XI Congreso Colombiano de Métodos Numéricos. En Bucaramanga, Colombia del 16 al 18 de agosto
de 2017.
Ponencia oral: “Simulación Numérica de la combustión en hornos usando mezclas de gases con poder calorífico
variable”.
11. Congreso internacional: 10th WCEE 2017 En Barcelona, España de 1 al 5 de octubre de 2017, en el cual se presentó el
trabajo “Methodology for evaluation of corrosion damage obtained during the combustion process in a boiler. Case study:
Ferritic steel ASTM A335 P91”.
12-15. Congreso internacional: Conferencia internacional de energías sostenibles & Worskhop materiales para nuevas
tecnologías de energía – COIES- Workshop Red de eficiencia energética RECIEE Universidad Industrial de Santander (UIS),
Bucaramanga. Octubre 17-20 de 2017.
Poster: “Simulación de la combustión en hornos usando mezclas de gases con composición variable mediante CFD"
Poster: "Análisis exergético de procesos de combustión de mezclas de gases residuales de refinería"
Presentación oral: “Estudio del efecto corrosivo de una atmósfera de combustión derivada de una mezcla de gases de
refinería a altas temperaturas. Caso de estudio: acero ferrítico ASTM A335 P91”
Presentación Oral: “Efectos del ambiente corrosivo simulado de refinería: oxidación-nitridación sobre el acero ASTM
A335 P92”
Productos finales
03/11/2018 21
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 trabajos en congresos internacionales y 1 congreso nacional.
16-17. Congreso internacionaI: XCIM 2017 Congreso Internacional de Materiales, Barranquilla del 14 al 16 de noviembre.
Se realizaron las siguientes ponencias:
Ponencia oral: “Nitrides an oxides on ASTM A335 P91 steel in a corrosion environment derived from a mixture of flue
gases from Barrancabermeja’s refinery”.
Ponencia oral: “Corrosion evaluation of ASTM A335 P92 steel exposed to a simulated refinery environment: oxidation-
water vapor”.
18-21. Congreso internacional: VI CIUREE Congreso Internacional de Eficiencia y Gestión Energética, Barranquilla del 7 al
9 de febrero de 2018. Se realizaron las siguientes ponencias:
Ponencia oral: “Estudio del comportamiento de un material utilizado en la industria de refinería frente a una atmósfera
de combustión característica de la refinería de Barrancabermeja”.
Poster: “Estudio de la corrosión continua sobre el acero ASTM A335 P91 en un ambiente de CO2-O2-N2-H2O derivado de
los productos de combustión teóricos de una mezcla de gases de refinería”.
Poster: “Simulación numérica tridimensional de la combustión en hornos con gases de composición variable usando CFD”
Poster:” Efecto del propano sobre el desempeño exergético de la combustión en un horno de refinería”
Productos finales
03/11/2018 22
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 trabajos en congresos internacionales y 1 congreso nacional.
22-25 Congreso internacional: PRES 2018. 25 – 29 agosto, Praga – República Checa:
Ponencia Oral: Methodology for the Analysis of ASTM A335 P92 Steel Exposed to Real Atmospheres of Refinery
Combustion.
Ponencia oral: 3D CFD simulation of combustion in furnaces using mixture gases with variable composition.
Poster: Study of Continuous Corrosion on ASTM A335 P91 Steel in an Environment of CO2-O2-N2-H2O Derived from the
Theoretical Combustion Products of a Mixture of Refining Gases at High Temperatures.
Poster: Exergetic analysis of combustion processes of variable mixtures of refinery residual gas: Effect of propane.
Productos finales
03/11/2018 23
Evento de divulgación de resultados: Conferencia Internacional de Energía Sostenible y workshop
materiales para nuevas tecnologías de Energía, Octubre de 2017.
Compromiso: Realización de evento de divulgación de resultados del proyecto.
Productos finales
03/11/2018 24
LABORATORIO CORROSION ALTA TEMPERATURA GIC: ubicado en el Parque Tecnológico Guatiguará,
UIS, Piedecuesta, Santander.
Equipos adquiridos con recursos del proyecto
Propuestas de nuevos temas de investigación a partir de
los resultados obtenidos Estudio y optimización de parámetros geométricos de un horno de refinería para mejorar su rendimiento operando con mezclas de
gases usando CFD. Determinación de patrones de flujo, temperatura y emisiones contaminantes mediante simulación acoplada en CFD en hornos de
refinería
Diseño y aplicación de una metodología para el estudio de los efectos producidos a partir del uso de gases de refinería en los aceros utilizados en equipos a escala piloto.
Estudio de la corrosión en ambientes duales compuestos de gases de combustión y crudo, en condiciones tipicas de refinería de petróleo en Colombia.
Desarrollo de un recubrimiento para inhibir la corrosión en los hornos de refinería a partir de residuos solidos. Optimización matemática de parámetros de operación de un horno de refinería que usa gases de refinería, teniendo como objetivo el
rendimiento termoeconómico.
Estudio del efecto de la geometría de un horno de refinería sobre su rendimiento termoeconómico.
03/11/2018 25
ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES PRODUCIDOS CON BIOMASA AUTÓCTONA CON EL
FIN DE AUMENTAR LA ECOEFICIENCIA EN LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS
EN LOS SECTORES RESIDENCIAL E INDUSTRIAL CON ÉNFASIS EN LAS
ZONAS NO INTERCONECTADAS DE COLOMBIA.
Código: 1101-543-32153
Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov Investigador principal del proyecto
Centro de Investigación para el Desarrollo Sostenible en Industria y
Energía - CIDES
Universidad Industrial de Santander
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, noviembre 6 de 2018
Objetivos del proyecto
02/11/2018 2
GENERAL:
Estudiar y caracterizar la combustión de biocombustibles producidos con biomasa autóctona con el
fin de aumentar la eco-eficiencia en los sistemas energéticos en los sectores residencial e industrial
con énfasis en las zonas no interconectadas de Colombia.
Objetivos del proyecto
02/11/2018 3
ESPECÍFICOS:
1. Realizar Inventario de biomasa autóctona apta para ser transformada en biocombustibles sólidos.
2. Seleccionar cuatro tipos de biomasa sólida promisorios para uso en aplicación en temas industriales, para el
reemplazo completo de combustibles no renovables o co-combustión.
3. Seleccionar cuatro tipos de biomasa promisoria para el uso en la generación de energía en zonas no
interconectadas.
4. Estudiar y seleccionar los métodos óptimos de compactación de biomasa preseleccionada.
5. Estudiar la combustión de biomasa compactada para el reemplazo completo de combustibles no renovables o en co-
combustión y evolución de la eficiencia energética.
6. Aplicar las herramientas de Análisis de Ciclo de Vida a los combustibles sólidos seleccionados.
7. Elaborar las recomendaciones necesarias para la implementación de biocombustibles producidos de biomasa
autóctona de Colombia en el sector industrial, domestico residencial y en zonas no interconectadas.
Actividades realizadas
02/11/2018 4
OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
1. Realizar Inventario de biomasa
autóctona apta para ser transformada
en biocombustibles sólidos.
Identificar las principales fuentes de Biomasa autóctona con potencial
energético.
Establecer los perfiles geográficos de existencia, generación, necesidad y
condiciones de aprovechamiento de acuerdo al tipo de recurso identificado.
Cuantificar el volumen potencial de biomasa existente según los perfiles
establecidos.
Definir las condiciones de uso y aprovechamiento óptimas para la explotación
energética de las fuentes biomásicas identificadas.
2. Seleccionar cuatro tipos de
biomasa sólida promisorios para uso
en aplicación en temas industriales,
para el reemplazo completo de
combustibles no renovables o co-
combustión.
Revisión bibliográfica de estudios de aplicación de biomasa a nivel industrial.
Revisión de tecnologías de combustión que utilizan biomasa sólida.
Establecer los aspectos técnicos, ambientales, productivos y económicos de
usos potenciales y explotación de los recursos.
3. Seleccionar cuatro tipos de
biomasa promisoria para el uso en la
generación de energía en zonas no
interconectadas.
Cuantificar las necesidades energéticas particulares de las zonas de estudio.
Establecer parámetros de medición y comparación para la selección de la
biomasa.
Identificar los rendimientos técnicos, ambientales y el impacto potencial de
los recursos analizados.
Actividades realizadas
02/11/2018 5
OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
4. Estudiar y seleccionar los métodos
óptimos de compactación de biomasa
preseleccionada.
Definir las condiciones técnicas de operación necesarias para la explotación
óptima del potencial de los recursos biomásicos seleccionados.
Seleccionar los equipos para la compactación de biomasa.
Simular procesos de compactación de biomasa.
Diseño del proceso óptimo para la compactación.
Compactar en las diferentes formas (pellets, briquetas).
5. Estudiar la combustión de biomasa
compactada para el reemplazo
completo de combustibles no
renovables o en co-combustión y
evolución de la eficiencia energética.
Analizar los parámetros de operación en el proceso de combustión de la
biomasa compactada.
Evaluar los resultados energéticos de combustión en los escenarios de
reemplazo completo y co-combustión.
Evaluar los resultados ambientales de combustión en los escenarios de
reemplazo y co-combustión.
Estudiar los principales parámetros de eficiencia energética asociados a la
combustión de la biomasa sólida.
Actividades realizadas
02/11/2018 6
OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES
6. Aplicar las herramientas de Análisis
de Ciclo de Vida a los combustibles
sólidos seleccionados.
Identificación de las fases.
Identificación de las entradas y salidas de cada una de las fases, incluyendo lo
relacionado con la extracción de materias primas, su transformación, el
diseño y fabricación en las diferentes formas (pellets, briquetas), su uso y
posterior disposición.
Desarrollo de análisis comparativo basado en el impacto ambiental.
7. Elaborar las recomendaciones
necesarias para la implementación de
biocombustibles producidos de
biomasa autóctona de Colombia en el
sector industrial, domestico
residencial y en zonas no
interconectadas.
Elaboración de material didáctico acerca del uso de la biomasa autóctona
como combustible.
Socialización y divulgación de resultados obtenidos.
Productos finales
02/11/2018 7
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 9 artículos científicos publicados en revistas internacionales clasificación
COLCIENCIAS A1 y A2
Generation of Electricity by Plant Biomass in Villages of the Colombian Provinces: Chocó, Meta and Putumayo. Ana M.
Rosso Cerón, Simon Weingärtner, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 43, pp 577-582,
2015, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible: http://www.aidic.it/cet/15/43/097.pdf
Barriers to social acceptance of renewable energy systems in Colombia. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.
Revista Current Opinion in Chemical Engineering, Vol. 10, pp 103-110, 2015, clasificación COLCIENCIAS A1.
Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211339815000519
Analysis on the Economic Feasibility of Power Generation from Renewable Energy Systems in Non-Interconnected
Zones of Colombia, Study of Cases. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering
Transactions, Vol. 43, pp 1447-1452, 2015, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible: http://www.aidic.it/cet/15/43/242.pdf
Compromiso adquirido: 3 artículos en revista indexadas
Productos finales
02/11/2018 8
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 9 artículos científicos publicados en revistas internacionales clasificación
COLCIENCIAS A1 y A2
Environmental Sustainability Analysis of Technologies for Electricity Generation of Renewable Energy Sources in
Non-Interconnected Areas from Colombia through the Use of Fuzzy Logic. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.
Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 45, pp 1813-1818, 2015, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible: http://www.aidic.it/cet/15/45/303.pdf.
Assessment of the Energy Potential of Agricultural Residues in Non-Interconnected Zones of Colombia: Case Study of
Chocó and Putumayo. Katherine Rodríguez Cáceres, Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Viatcheslav
Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 50, pp 349-354, 2016, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible: http://www.aidic.it/cet/16/50/059.pdf.
Assessment of Power Generation Alternatives Through a Fuzzy Multiobjective Mixed Integer Long-Term Planning
Model: Case Study of Non-Interconnected Areas of Colombia. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov, Gerardo
Latorre, Yoe A. Herrera. Publicado en la revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 52, pp 79-84, 2016,
clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible: http://www.aidic.it/cet/16/52/014.pdf
Productos finales
02/11/2018 9
ARTÍCULOS PUBLICADOS: 9 artículos científicos publicados en revistas internacionales clasificación
COLCIENCIAS A1 y A2
Potential Assessment of renewable energy sources in non-interconnected zones of Colombia, using geographic
information system-ArcGIS: Study cases. Autores: Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Ana M. Rosso
Cerón, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 57, pp 1567-1572, 2017, clasificación
COLCIENCIAS A2.
Disponible en: http://www.aidic.it/cet/17/57/262.pdf.
A Fuzzy Logic Decision Support System for Assessing Sustainable Alternative for Power Generation in
NonInterconnected Areas of Colombia- Case of Study. Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Ana M. Rosso
Cerón, Viatcheslav Kafarov, Gerado Latorre-Bayona. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 57, pp 421-426,
2017, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible en: http://www.aidic.it/cet/17/57/071.pdf.
Methodology for the life cycle assessment (LCA) in combustion processes where the fuel is pelleted agricultural
biomass. Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 64, pp 427-432,
2018, clasificación COLCIENCIAS A2.
Disponible en: http://www.aidic.it/ibic2018/final/235villabona.pdf
Productos finales
02/11/2018 10
TESIS DE MAESTRÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE MAGÍSTER EN INGENIERÍA QUÍMICA
1. Evaluación de la disponibilidad de biomasa residual agrícola y su potencial energético en ZNI de Colombia:
caso de estudio. Autores: Leidy Katherine Rodríguez Cáceres, director: Viatcheslav Kafarov.
2. Evaluación de la eco-eficiencia y las emisiones del proceso de combustión de biocombustibles de tamo de
arroz y rastrojo de maíz. Autora: Yurley Paola Villabona Durán, director: Viatcheslav Kafarov. En proceso.
TESIS DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA
1. Diseño y aplicación de una metodología basada en lógica difusa para la selección de alternativas sostenibles
de generación eléctrica en zonas no interconectadas (ZNI) de Colombia. Autores: Ana María Rosso Cerón,
director: Viatcheslav Kafarov.
Compromiso adquirido: 3 magister en ingeniería química
Productos finales
02/11/2018 11
TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 6 tesis de grado (12 estudiantes)
1.Estimación del potencial técnico energético de recursos renovables en zonas no interconectadas de Colombia, utilizando
sistemas de información geográfica, SIG – casos de estudio. Autores: Julián Alonso Araque Duarte, Francy Gineth Blanco
Patiño, director: Viatcheslav Kafarov.
2. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual forestal en el departamento del Chocó: caso de estudio.
Autores: Luz Teresa Agámez Hernández, Jorge Eliecer Arroyo Paternina, director: Viatcheslav Kafarov.
3. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual agrícola en el departamento del Meta: caso de estudio.
Autores: Norma Yorley Parra González, Leslie Johanna Vecino Rincón, director: Viatcheslav Kafarov.
4. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual agrícola en Caquetá: caso de estudio. Autores: Andrés Felipe
Murillo Barrios, Karina Andrea Barrera Patiño, director: Viatcheslav Kafarov.
5. Evaluación de un proceso termoquímico seleccionado mediante vigilancia tecnológica para transformar biomasa sólida
en energía eléctrica que pueda ser usado en las zonas no interconectadas de Colombia. Autores: Maria Victoria Abreo Ortiz,
Stephany Lorrayne Rueda Gutiérrez, director: Viatcheslav Kafarov.
6. Evaluación de la densificación teórica de tamo de arroz y rastrojo de maíz provenientes de ZNI de Colombia- caso de
estudio. Autores: Jenssy Paola Buitrago Beltrán, Karen Yineth Medina Paipilla, director: Viatcheslav Kafarov.
Compromiso adquirido: 3 proyectos de grado de fin de carrera en ingeniería química e ingeniería mecánica
Productos finales
02/11/2018 12
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS INTERNACIONALES: 11 eventos internacionales
Ponencia: 9th SDEWES Conference on sustainable Development of Energy, water and Enviroment systems, con el
trabajo titulado: Barriers to social acceptance of renewable energy systems in Colombia. Autores: Ana M. Rosso
Cerón, Viatcheslav Kafarov.
Ponencia: V Congreso Internacional de Eficiencia t Gestión Energética – CIUREE 2016 del 3 – 5 de febrero de 2016,
con el trabajo titulado: Metodologías de estimación del potencial energético de recursos renovables en ZNI de
Colombia, utilizando SIG -casos de estudio. Autores: Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.
Ponencia: V Congreso Internacional de Eficiencia t Gestión Energética – CIUREE 2016 del 3 – 5 de febrero de 2016,
con el trabajo titulado: Estimación del potencial energético de biomasa residual agrícola en zonas no
interconectadas de Colombia: caso de estudio. Autores: Katherine Rodríguez Cáceres, Viatcheslav Kafarov, B.,
Norma Parra, Leslie Vecino, Andrés Murillo y Karina Barrera.
Ponencia: II International Conference on Biomass – IconBM 2016 del 19 – 22 de junio de 2016 en Giardini Naxos,
Taormina, Sicilia, Italia, con el trabajo titulado: Assessment of the Energy Potential of Agricultural Residues in Non-
Interconnected Zones of Colombia: Case Study of Chocó and Putumayo. Autores: Katherine Rodríguez Cáceres,
Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Viatcheslav Kafarov.
Productos finales
02/11/2018 13
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS INTERNACIONALES: 11 eventos internacionales
Ponencia en 11th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems – SDEWES, del
4-9 de septiembre de 2016, en Lisbon, Portugal, con el trabajo titulado: A fuzzy decision making approach for
selecting sustainable alternatives of power generation in non-interconnected zones of Colombia. Autores: Ana M.
Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.
Ponencia en 22th International congress of chemical and process engineering –PRES 2016, del 27-31 de agosto de
2016, en Praga, Republica Checa, con el trabajo titulado: Assessment of power generation alternatives through a
fuzzy multiobjetive mixed integer long-term planning model; case study of non-interconnected áreas of Colombia.
Autores: Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov, G Latorre, Y. A. Herrera
Póster: Sostenible & Workshop Materiales para Nuevas Tecnologías de Energía del 17 – 20 de octubre de 2017. en
Bucaramanga, Colombia, con el trabajo titulado: vigilancia de tecnologías en combustión de biomasa en Colombia.
Autores: Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov, Karina Ojeda.
Ponencia: 10th International Conference on Sustainable Energy & Environmental Protection del 27 al 30 de junio de
2017, en Bled, Slovenia, titulado: Forecasting tool for assessing enviromental, technical and economic parameters
associated with power generation alternatives, Autores: Ana Rosso, Viatcheslav Kafarov.
Productos finales
02/11/2018 14
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS INTERNACIONALES: 11 eventos internacionales
Ponencia: 13th International Conference on Chemical and Process Engineering-ICheapP13 del 28 al 31 de mayo de
2017, en Milan, Italia, titulado: A Fuzzy Logic Decision Support System for Assessing Sustainable Alternative for
Power Generation in Non-interconnected Areas of Colombia- Case of Study, Autores: Ana Rosso, Viatcheslav Kafarov.
Ponencia: VI CIUREE- Congreso Internacional de eficiencia y gestión energética del 7- 9 de febrero de 2018, en
Barranquilla- Colombia, titulado: Combustión de biomasas de rastrojo de maíz y tamo arroz, Autores: Yurley P.
Villabona, Viatcheslav Kafarov.
Ponencia: IBIC 2018 - 6th INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY del 15 - 18 Abril de 2018,
en Venecia, Italia, titulado: Methodology for the life cycle analysis (LCA) in combustion processes where the fuel is
pelleted agricultural biomass, Autores: Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov.
Productos finales
COMBUSTIÓN DE BIOMASAS
PROVENIENTES DE ZONAS NO
INTERCONECTADAS DE
COLOMBIA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
COMBUSTIÓN DE BIOMASAS PROVENIENTES
DE ZONAS NO INTERCONECTADAS DE COLOMBIA
©Todos los derechos reservados
Compilado por:
Yurley Paola Villabona Durán
AUTORES
Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov
Dra. Ana Maria Rosso
MSc. Katherine Rodriguez
Ing. Yurley Paola Villabona
Tabla de Contenido
1. GENERALIDADES ..................................................................................................... 2
1.1. ZONAS NO INTERCONECTADAS ..................................................................... 2
1.2. LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGÉTICO ...................................... 2
1.3. DENSIFICACIÓN DE LA BIOMASA ................................................................. 3
1.4. PROCESOS DE CONVERSIÓN........................................................................... 4
1.5. COMBUSTIÓN DE BIOMASA ........................................................................... 6
2. PERFILES GEOGRÁFICOS Y CUANTIFICACIÓN DE
VOLÚMENES DE BIOMASA ...................................................................................... 58
2.1. Biomasa residual agrícola .............................................................................. 58
2.2. Representación cartográfica del potencial energético .............. 59
2.3. Biomasa residual forestal .............................................................................. 60
2.4. Demanda energética ........................................................................................ 61
2.5. Potencial energético de la biomasa ........................................................ 63
3. DISEÑO Y SELECIÓN DEL PROCESO DE COMPACTACIÓN DE
BIOMASA. ........................................................................................................................... 57
3.1. Análisis teórico del proceso de densificación .................................. 57
3.2. Análisis teórico de la molienda de la biomasa ................................. 59
3.3. Análisis teórico del secado de la biomasa .......................................... 60
3.4. Factores que inciden en el proceso de densificación ................. 60
3.5. Selección del equipo para la compactación de biomasa. ........ 62
3.6. Diseño del proceso óptimo para la compactación. ...................... 65
4. TECNOLOGIAS DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA
COMPACTADA. ................................................................................................................ 58
Compromiso adquirido: 1 libro que trate la temática.
Productos finales
02/11/2018 16
LABORATORIO COMBUSTIÓN DE BIOMASA: ubicado en el Parque Tecnológico Guatiguará, UIS, Piedecesta, Santander. Los equipos e instrumentación adquiridos con los recursos del proyecto.
Cámara de combustión
de biomasa
Peletizadora de
biomasa
Molino de martillos
Mezclador
Productos finales
02/11/2018 17
CURSO SOBRE COMBUSTION DE BIOCOMBUSTILES PRODUCIDOS CON BIOMASA AGRICOLA: En Conferencia
Internacional de Energía Sostenible y workshop materiales para nuevas tecnologías de Energía, Octubre de 2017
Compromiso adquirido: Curso sobre Biocombustibles dirigido a Comunidad científica y Red de conocimiento, publico en general
Propuestas de nuevos temas de investigación a partir de
los resultados obtenidos
02/11/2018 18
• Peletización de biomasas mixtas con fines energéticos, mitigación de cambio climático (reforestación) y evaluación
de posibles mercados internacionales
• Producción de electricidad mediante combustión de biomasa mixtas en zonas no interconectadas.
• Estudio de la viabilidad de sistema hibrido eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no interconectadas
de Colombia.
• Estudio de la viabilidad de sistema hibrido solar-eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no
interconectadas de Colombia.
• Estudio de la eficiencia de sistema hibrido solar-eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no
interconectadas de Colombia.
• Producción de biogás a partir de residuos de biomasa agrícola con el propósito de contribuir a la reducción de gases
del efecto invernadero.
• Evaluación del rendimiento plantas de cogeneración a partir del aprovechamiento de la biomasa.
• Estudio de la dendroenergía a partir de biocombustibles sólidos.
• Evaluación de la biomasa como un sustituto ecológico del carbón con fines energéticos.
Mecanismos de desarrollo limpio y
gestión energética
Cogeneración, a partir de la biomasa residual del procesamiento de palma africana para la empresa planta productora de aceite
"LA MEJORANA", en el Departamento del Meta.
Bogotá, Colombia2018
Docente PhD. Ing. Fabio SierraIng. Fabio Alberto AldanaIng. Lili Tatiana Vega
Contenido
MDLyGE 2
1. Objetivos
2. Introducción
3. Justificación
4. Metodología
5. Resultados
6. Discusión y análisis de resultados
7. Conclusiones
Objetivo general
Evaluar desde los puntos de vista técnico, económico y ambiental, las alternativas para autogeneración de electricidad o para cogeneración, a partir de biomasa residual en la planta productora de aceite de palma africana, “INVERSIONES LA MEJORANA” en el Departamento del Meta.
3MDLyGE
Objetivos específicos Evaluar consumos de energía térmica, eléctrica del proceso de producción de
aceites a partir del aceite de palma.
Evaluar las alternativas planteadas para la autogeneración de electricidad o paracogeneración, a partir de la biomasa residual en la planta productora de aceitede palma africana “INVERSIONES LA MEJORANA”.
Seleccionar la alternativa más apropiada para la autogeneración de electricidado para cogeneración, a partir de la biomasa residual en la planta productora deaceite de palma africana “INVERSIONES LA MEJORANA” analizando aspectostécnicos, económicos y ambientales.
4MDLyGE
5
Introducción
Problemática Energética
Residuos del proceso de
extracción de aceite
Contaminación
Altos costos de generación
Energías renovables
SolarEólicaPCHs
Biomasa
MDLyGE
Inversiones La MejoranaPlanta de extracción de aceite de
palma localizada en el Meta, Colombia
6
Introducción
Alternativa de sistema de generación
Regulaciones energéticas
actuales
Procesos de transformaciónde residuos de
biomasa
Alternativas tecnológicas de
generación
MDLyGE
Criterios de selección
Justificación
Problemática ocasionada por almacenamiento incontrolado de residuos deproducción en zonas cercanas a la planta.
Producción de cerca de 12000 toneladas de residuos anuales, principalmentecuesco, fibra, raquis y tusas, como productos del procesamiento de la palmaafricana.
Costos anuales mayores a COP $ 300 000 000.oo para contratar el transporte deresiduos a sitios lejanos de los subproductos de procesamiento de la palmaafricana y para evitar ser objeto de sanciones por parte de la CorporaciónAutónoma Regional
Aprovechamiento energético de la biomasa residual generado en el proceso deextracción de aceite de palma.
7MDLyGE
Justificación
Altos costos relacionados con requerimientos energéticos de la planta, incluyendo:
• COP$ 307 000 000.oo por concepto del servicio público de energía eléctrica prestado por la EMPRESA DE ENERGÍA DEL META, EMSA S.A. E.S.P
• COP$ 43 000 000.oo por concepto de generación con planta propia.
• COP$ 22 000 000.oo por concepto de adquisición de combustibles para la producción de energía térmica.
MDLyGE
Hipotesis
Mediante un sistema de cogeneración es posible producir la totalidad de laenergía eléctrica y de la energía térmica que demanda la planta.
Mediante un sistema de autogeneración o de cogeneración, se evitarían los costosde transporte de biomasa, ya que esta se consumirían al interior de la instalaciónde transformación energética para producir energía eléctrica.
MDLyGE
10
Metodología
Problemática de costos de generación, residuos y
contaminación
Tecnologías de generación
Figuras regulatorias de
sistemas de generación
Procesos de conversión de
residuos de biomasa
Propuesta de
alternativa de
generación para la planta
Toma de datos, estudio y análisis
de la planta “INVERSIONES
LA MEJORANA”
MDLyGE
11
Metodología – La Mejorana
Toma de datos, estudio y análisis
de la planta “INVERSIONES LA MEJORANA”
DigestiónPrensadoClarificaciónSecadoAlmacenamiento
ExtracciónTransportePesajeSelecciónDescargueEsterilización
Procesamiento de extracción
de aceite
Manejo de lodosProcesos asociados a la fase sólida
Resultados de estudio y análisis
Características de equipos de generación (vapor, agua caliente energía eléctrica)
Consumos de energía eléctrica
Consumos de combustible
Producción de la planta
Balance de masa de los procesosMDLyGE
12
Metodología – La Mejorana
Procesamiento de extracción de aceite
TransportePesaje Selección
Esterilización
MDLyGE
13
Metodología – La Mejorana
Procesamiento de extracción de aceiteDigestión
Prensado Clarificación Secado
a) Sistema de alimentación en las prensas
b) Sistema hidráulico de la prensa y tablero de control
c) Separación de la fase sólida y liquida
d) Tanque y tamiz
e) Transporte de la Torta de prensa
MDLyGE
14
Metodología - Biomasa
Revisión de biomasa como fuente de
energía y características
principales de la biomasa como
residuo del procesamiento de palma de aceite
Revisión de procesos termoquímicos de transformación de
biomasa
Procesos de conversión de residuos de biomasa
Análisis físico-
químico de los residuos de biomasa procedentes de la planta
• Análisis próximo• Análisis último• Poder calorífico
Ensayos realizados en laboratorio de INGEOMINAS según la norma
ASTM D-2013-07
Experimentación con biomasa residual de la planta en gasificador
de lecho fijo y corriente descendente
MDLyGE
15
Metodología - Biomasa
MDLyGE
16
Metodología - Tecnologías
Revisión de las diferentes tecnologías de generación de
energía y conceptos de cogeneración
Alternativas de
tecnologías de
generación
Ciclo RankineCiclo BraytonCiclo de motor reciprocante (Otto y Diesel)
• Elementos constitutivos• Termodinámica de los
ciclos• Desempeño• Principales ventajas y
desventajas
Cogeneración
• Consumidores de calor y electricidad
• Eficiencia• Ventajas• Aspectos económicos• Tecnologías
Matrices de evaluación de tecnologías de
generación
• Matriz de aspectos tecnológicos de generación• Matriz de evaluación de costos• Matriz de indicadores de tecnología energéticas• Viabilidad de fuente energética
EconómicoSocial
TecnológicoAmbiental
Principales aspectos considerados
MDLyGE
17
Metodología -Tecnologías
• Inversión inicial• Insumos• Mantenimiento• Operación
• Uso de terreno• Emisiones, residuos
y afectación del agua
• Tipo de organización requerida para el manejo de la tecnología
• Aprovechamiento de la tecnología por parte del la comunidad
• Priorización en tiempo de instalación• Factibilidad de replicar la tecnología• Facilidad de proveedores o
comercialización de la tecnología• Disponibilidad de repuestos y personal
capacitado• Aprendizaje del funcionamiento y
operación de la tecnología
MDLyGE
TOMA DE DECISIONES
18
Metodología -Regulaciones
Revisión de Reglamentación y
normalización energética aplicable
en Colombia
Figuras regulatorias de sistemas
de generación
• Políticas energéticas en Colombia (Ministerio de Minas y Energía - Minminasy Unidad de Planeación Minero Energética - UPME)
• Ley 1715 de 2014 (Integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional)
• Norma NTC - ISO 50001 - Sistemas de Gestión de la Energía
• Conceptos legales básicos asociados con la generación de electricidad en el Sistema Interconectado Nacional - SIN
Figuras de generación existentes
Generador
Planta menor
Cogenerador aislado
Cogenerador con venta de excedentes
Productor Marginal
Plantas no despachadas centralmente
Autogenerador aislado
Generador distribuido
Autogenera-dor con venta de excedentes
MDLyGE
19
Resultados
Problemática de costos de generación, residuos y
contaminación
Resultados de clasificación de tecnologías de generación y
cogeneración a través de matriz de parámetros de
selección
Resultados de revisión y clasificación de regulaciones para todo tipo de generador
Análisis de resultados y selección
de alternativa
de generación
para la planta
Características, Consumos,
Producción y Balance de masa de la
planta “INVERSION
ES LA MEJORANA”
- Caracterización fisicoquímica de residuos de la planta- Resultados de gasificación de biomasa
MDLyGE
20
Resultados – La Mejorana
Características de equipos de generación
Equipos de generación de vapor
Equipos de agua caliente
Equipos de generación de energía eléctrica
Características caldera 1 Descripción
Tipo de caldera Pirotubular
Capacidad 250 hp
Flujo nominal de vapor 3570 kg/h
Características caldera 2 Descripción
Tipo de caldera Pirotubular
Capacidad 230 hp
Flujo nominal de vapor 3300 kg/h
Distribuidor de vapor Descripción
Número de salidas de vapor 8 salidas
- Cantidad de vapor total paraprocesar 1000kg de RFF está entre450 y 550 kg de vapor- Presión de trabajo de 80 a 100 psi
- El agua caliente se obtienea partir de la inyección devapor saturado paramantenerla a 100°C.
- Existen dos tanques paraagua caliente, el empleadopara suministrar agua a lacaldera y el empleado parala clarificación.
-La planta de generación esmarca Caterpillar C15 PKGG conuna capacidad de 450 KVA, lacual tiene un costo por consumomensual de 40’000.000 COP.
MDLyGE
21
Resultados – La Mejorana
Consumos de energía eléctrica
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Planta Cat. c15 pkgg (Horas de servicio) 347,3 386 457,7 456,1 384,9 235 244 187 197
Planta Cat. c15 pkgg (kW/h) 46988 51408 65054 61065 52497 28212 29708 21456 23633
Red eléctrica día (kW/h) 2807,8 2511 2151,1 2748,9 3423,7 4124,2 4003 2509 2341
Costo mensual red eléctrica $1.655.990 $1.335.750 $1.113.970 $1.278.550 $1.259.600 $1.987.810 $1.955.980 $2.299.030 $1.230.400
Consumo de energía eléctrica de la empresa (planta de generación y red eléctrica) en el año 2014
El consumo de energía eléctrica de la planta deextracción “LA MEJORANA” utilizada en sus procesosde transformación indica que más del 90% es generadapor la planta de generación Caterpillar, con unpromedio de consumo de 30000 kWh – mes, mientras elconsumo de energía eléctrica suministrada por la red dedistribución ha llegado a un máximo de 4100 kWh en elmes de junio aproximadamente.
MDLyGE
22
Resultados – La Mejorana
Producción de la planta
La relación de fruto procesado es directamenteproporcional al consumo de energía eléctrica, porconsiguiente los meses de mayor producción son marzoy abril, teniendo un procesamiento de frutos promediode 2.800.000 de toneladas al mes, de las cuales solocercano del 21% es producida en aceite y el porcentajerestante está dividido en la obtención de almendras y labiomasa residual.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Fruto procesado (Ton) 2343120 2365350 2920920 2814250 2424190 1591300 1613700 1028650 1106890
Aceite producido (Ton) 492474 521236 614806 591252 514509 334921 323018 211090 248156
Almendra producida (Ton) 78036 79116 116942 102612 115170 75886 77938 40622 41572
Producción de la empresa en el año 2014
MDLyGE
23
Resultados– Biomasa
Análisis físico-químico de los residuos de biomasa
Cuesco de
Palma
Fibra de
palmaCenizas
Humedad
(105 °C)7,92 42,56 0,47 %b.h
Materia
Volátil72,74 77,84 0,32 %b.s
Análisis próximo
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙(%) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜(%) − 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑(%)
𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑗𝑜 %= 100 −%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 −%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 − %𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠
Cuesco de
Palma
Fibra de
PalmaCenizas
Carbono 50,83 46,24 20,88 %b.s
Oxígeno 39,46 43,08 19,39 %b.s
Hidrógeno 6,83 5,95 0,50 %b.s
Nitrógeno 0,5 0,53 0,48 %b.s
Azufre 0 0,29 0,26 %b.s
Cenizas 2,38 3,92 58,49 %b.s
Poder
Calorífico17647 16982 10376 kJ/kg
Análisis último y poder calorífico
MDLyGE
24
Resultados– Biomasa
Gasificación de los residuos de biomasa
MDLyGE
25
Resultados – Tecnologías
La revisión de lasdiferentes tecnologíasdisponibles en elmercado para suimplementación en lageneración deelectricidad ycogeneración conresiduos de biomasatuvo resultado elplanteamiento de unamatriz de tecnologías degeneración ycogeneración conresiduos de biomasa.
Parámetros definidos
• Conceptos generales• Requisitos de
combustible• Preparación de
combustible• Características de
operación• Parámetros de
operación• Eficiencia• Mejoramiento del
rendimiento• Aspectos ambientales• Nivel de flexibilidad de
operación• Gases de escape• Cogeneración• Tecnología• Operación con biomasa• Costos• Ventajas • Desventajas
Tecnologías analizadas
• Ciclo de turbina de vapor
• Ciclo de turbina de gas• Ciclo de microturbina de
gas• Ciclo combinado
• Ciclo de motor reciprocante
• Motores encendidos por chispa
• Motores diesel
MDLyGE
26
Discusión y análisis
Selección de alternativa de
generación para la planta
Selección de la alternativa de proceso detransformación energético de la biomasa
Selección de la alternativa para la tecnología o ciclode generación de electricidad
Selección de la alternativa para la categoríaregulatoria para la operación del sistema degeneración de electricidad
MDLyGE
27
Discusión y análisis - Procesos de transformación de biomasa
• Madurez comercial de cada tipo de proceso
• Flexibilidad para la obtención de productos
• Aptitud del proceso para uso con ciclos termodinámicos de generación flexibles y de rápida respuesta
• Aptitud del proceso para la categoría definida como autogenerador a pequeña escala
Para los procesos de gasificación y de combustión se encuentra establecido unmercado de oferta de equipos para el desarrollo de equipos de transformaciónenergética. Para el proceso de pirolisis, aun no es fácil obtener equiposestandarizados en el mercado.
Para los procesos de gasificación y de combustión, es posible dosificar el agente dereacción o agente gasificante, tanto en el mismo sentido, como de manera transversalo en sentido contrario a la dirección del flujo de la biomasa.
En los procesos de gasificación y pirolisis es posible la obtención de un combustibleapto para su empleo en el ciclo de motor de combustión interna (motores de gas)
Para el proceso de gasificación de biomasa, en general, es posible obtener equipos detransformación energética para la generación a pequeña escala (gasificadores delecho fijo, gasificadores de lecho fluidizado), mientras que dicha posibilidad aún noestá desarrollada para calderas de biomasa, ni para sistemas de pirolisis.
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Discusión y análisis - Tecnología o ciclo de generación de electricidad
• Confiabilidad• Eficiencia• Operación a
carga parcial• Tiempo de
arranque, velocidad de respuesta
• Aptitud para regulación de frecuencia eléctrica
Tanto los ciclos de turbina de gas, como los ciclos de vapor y de motor de combustióninterna presentan una alta confiabilidad, los dos primeros son rentables a partir deuna cierta capacidad energética.
Los motores alternativos presentan una mayor eficiencia respecto a las otrastecnologías de generación de electricidad analizados.
Las turbinas de gas presentan una gran rapidez para la puesta en servicio, tomandotiempo tiempos relativamente cortos entre 10 y 20 minutos desde la parada hastaplena carga, mientras que para turbinas de vapor, se toma un tiempo de horas para elmismo propósito. Los motores de combustión interna a gas pueden lograr unarespuesta rápida ante variaciones de carga.
Los motores de combustión interna presentan la mejor respuesta en aspectosrelacionados con el control de la frecuencia eléctrica, seguido de las tecnologías deturbinas de gas, ciclo combinado y ciclo de turbina de vapor.
En turbinas de gas, el funcionamiento a carga parcial afecta el desempeño y laoperación del equipo, ya que ante reducción de la carga, disminuye el rendimiento, latemperatura de escape y el flujo másico.
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29
Discusión y análisis - Tecnología o ciclo de generación de electricidad
• Aptitud para autogenerador a pequeña escala
• Vida útil• Aptitud para
cogeneración• Modularidad• Costos de
inversión y de operación
Los motores alternativos representan una importante alternativa. No obstante, sedestaca también que las turbinas de gas de generación a menor escala, omicroturbinas de gas, representan también una importante opción. Las capacidadesen general típicas de los ciclos de vapor son mayores respecto de los niveles decapacidad definidos para el presente caso.
Los ciclos de turbina de gas, los ciclos de vapor y de motor de combustión presentanun importante número de horas de operación.
Las turbinas de gas cuentan permiten una fácil recuperación de calor, que resultaadecuada para necesidades de vapor mayores a 10 t/h, por lo cual, presentan la mejoraptitud en este sentido.
Los motores de combustión interna alternativos presentan un alto grado demodularidad, a través de la aplicación de esquemas de cogeneración por módulos selogra el crecimiento escalonado para cubrir rangos de producción de energía eléctricadesde pocos kW hasta varios MW.
Los motores alternativos de combustión interna, presentan el más bajo costo deinversión inicial, mientras que dada su mayor complejidad, el costo de inversión einstalación de plantas con ciclo de vapor es el más alto en relación con otrastecnologías de generación térmica.
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Discusión y análisis - Categoría regulatoria
• Inscripción en el RUPS
• Reporte de información en el SUI
• Simplicidad o complejidad en el proceso de conexión a la red de transporte
• Registro de fronteras comerciales
• Sistemas de medida
Al operar como Autogenerador a pequeña o gran escala y como cogenerador, laempresa no estaría en la obligación de realizar dicho registro.
Al operar como Autogenerador a pequeña o gran escala y como Cogenerador, laempresa no estaría en la obligación de reportar información en el SUI.
Según lo indicado en la Resolución CREG 030 de 2018, el Autogenerador de pequeñaescala deberá realizar registro únicamente ante el ASIC, igualmente deberá realizarreporte diario de energía eléctrica, a partir de la lectura de medida de la fronteracomercial de generación.
Para el Autogenerador a pequeña escala, si bien debe cumplir con los requisitos delcódigo de medida, se exceptúan las de medidor de respaldo, verificación inicial yreporte de las lecturas de la frontera comercial al ASIC.
Para los autogeneradores a pequeña escala se ha establecido un procedimientosimplificado para la conexión, definiéndose en la reglamentación unas condicionescon menor grado de exigencias.
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Discusión y análisis - Categoría regulatoria
• Posibilidad de venta de excedentes de energía eléctrica y registro ante el ASIC
• Contratación de capacidad de respaldo
• Comercialización de energía eléctrica
• Reporte de información ante el ASIC y el CND
• Auditorías al agente en cuanto a cumplimiento de requisitos técnicos
Los Autogeneradores a pequeña o gran escala están autorizados para venderexcedentes de energía eléctrica en el mercado de energía mayorista, según lo indicadoa través de las Resoluciones CREG 030 de 2018 y CREG 024 de 2015, respectivamente.
Deben contratar capacidad de respaldo con el operador de red, o agente distribuidordel servicio de energía, los agentes que operan como Cogeneradores, así como losAutogeneradores a gran escala.
El Autogenerador a gran escala, así como el de pequeña escala, según lo indicado através de las Resoluciones CREG 030 de 2018 y CREG 024 de 2015, respectivamente,deberán realizar únicamente reportes ante el ASIC.
De acuerdo con la establecido en regulación vigente, los agentes que operan comoCogeneradores deben certificar ante la CREG y ante el CND un RendimientoEléctrico Equivalente (REE) superior al mínimo establecido, así como elcumplimiento de la producción mínima de energía eléctrica y térmica.
El Autogenerador a pequeña escala, que utiliza fuentes no convencionales de energíarenovable, puede vender la energía eléctrica a; Un comercializador que atiendemercado regulado, Generadores o comercializadores que destinen dicha energía a laatención exclusiva de usuarios no regulados y Comercializador integrado con el OR,quien está obligado a recibir los excedentes ofrecidos.
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Discusión y análisis
SELECCIÓN FINAL DE
ALTERNATIVA DE
GENERACIÓN PARA LA PLANTA
Proceso de transformación de biomasa por medio delproceso de Gasificación de Biomasa con gasificadorde lecho fijo
Tecnología de sistema de generación de electricidadcon ciclo de Motor de Combustión Interna
Figura regulatoria de Autogenerador de Pequeñaescala
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La biomasa como fuente de generación de electricidad, representa un importante rol, no solopara el sistema energético colombiano, sino para el sector agrícola como promotor de larealización de procesos productivos sostenibles.
La gasificación de biomasa resulta ser de manera considerable de mayor complejidad respecto aprocesos como la combustión de biomasa, pero ofrece mayores eficiencias eléctricas.
El proceso de gasificación permite generación de energía a pequeña y mediana escala, presentaun mercado creciente de oferta de equipos de gasificación, flexibilidad en la operación segúnrequerimientos energéticos y características de la biomasa utilizada, y produce un gas de síntesisapto para ser convertido en energía mecánica y luego energía eléctrica en motores decombustión.
Mediante gasificación de la biomasa se puede obtener un gas con PCI de aprox. 5000 kJ/kg quepuede ser utilizado en motores de combustión, calderas o turbinas de gas.
33
MDLyGE
Conclusiones
De las tecnologías evaluadas para la generación de electricidad a partir de biomasa, sóloel ciclo de vapor y la gasificación con motor de combustión interna alternativo, cuentancon un nivel atractivo de madurez y de viabilidad económica.
La alta confiabilidad, eficiencia, velocidad de respuesta, vida útil, modularidad y los bajostiempos de arranque y costos de inversión y operación en los motores de combustióninterna permiten seleccionar esta tecnología como la alternativa más adecuada para unaplanta con las características de la planta de la empresa “INVERSIONES LA MEJORANA”.
Además de todas estas ventajas que permiten seleccionar a los motores de combustióncomo primera alternativa tecnológica de generación, estos presentan también la mayorventaja en aptitud de regulación de frecuencia eléctrica y aptitud tecnológica para lafigura de Autogeneración a pequeña escala.
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MDLyGE
Conclusiones
Gracias
Docente
Correo electrónico
www.reciee.com
Bogotá, octubre 24 de 2018
Gestión de Energía de Motores
Eléctricos en sistemas eléctricos
industriales - GeMe
Ing. Jairo A. Caballero
Electrical Machines & Drives EM&D
Universidad Nacional de Colombia
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, octubre 24 de 2018
Necesidades del sistema industrial
03/11/2018 2
Eficiencia energética Reducción de gastos Conservación vida útil Confiabilidad y disponibilidad
Necesidades del sistema industrial
03/11/2018 3
Variador: IGBTs (Circuito abierto, Corto circuito, Perdida de disparo de compuerta)
Fallas en el Motor: Estator (Laminación del núcleo, vibraciones, corrientes circulantes,Defectos en devanados de estator), Rotor (Rompimiento de barra, cortocircuito endevanado de campo, rompimiento de anillos)
Mecánicas: Excentricidad del air-gap, eje doblado o desalineado, rodamientos.
Cargas: mecánicas, hidráulicas
Necesidades del sistema industrial
03/11/2018 4
Incremento de pulsaciones del par
Reducción del par promedio
Incremento de las pérdidas y reducción de la eficiencia
Temperatura excesiva
Distorsión del flujo en el entre hierro (air-gap)
Vibración en la estructura del estator
Ruido acústico
Cambios en resultados de análisis químico
Síntomas del sistema
Desarrollo de soluciones
03/11/2018 5
Gestión de la información
Sistemas de comunicación
Desarrollo de dispositivos
Sistemas de monitoreo, control y gestión de activos
Desarrollo de soluciones
03/11/2018 6
Gestión de la información
Sistemas de comunicación
Desarrollo de dispositivos
Sistemas de monitoreo, control y gestión de activos
Valor de los datos
03/11/2018 7Source: ARC Industrial IIoT/Industrie 4.0 Viewpoints - Killing the Zombie Meme, “IIoT is Nothing New”
Permite tomar
decisiones
Activos, replicas
digitales y sistemas
Datos Información Conocimiento
Análisis
Reporte yOrganización
Análisis
Valor de los datos
03/11/2018 8Source: ARC Industrial IIoT/Industrie 4.0 Viewpoints - Killing the Zombie Meme, “IIoT is Nothing New”
Datos Información Conocimiento
Análisis
Análisis
+ Definición+ Formato+ Periodo de tiempo+ Pertinencia
+ Patrones+ Tendencias+ Relaciones+ Suposiciones
Reporte yOrganización
Gestión de datos y de la información
Permite tomar
decisiones
Activos, replicas
digitales y sistemas
Desarrollo de soluciones
03/11/2018 9
Gestión de la información
Sistemas de comunicación
Desarrollo de dispositivos
Sistemas de monitoreo, control y gestión de activos
Sistemas TIC’s
03/11/201810
ETHERNET
Inte
rnet
of
Serv
ice
s
Capa de Proceso
Capa Comunicación
Sistemas deInformación
Capa de Información
Capa Aplicaciones
CLOUD COMPUTINGComputation / Analytics / Storage
GIS
DRIVER Sensor
M2M
BIG DATA AI
MonitoreoTiempo-Real
Health
Simulación
Transporte
SCADA
Sistemas TIC’s
03/11/201811
ETHERNET
Inte
rnet
of
Serv
ice
s
Capa de Proceso
Capa Comunicación
Sistemas deInformación
Capa de Información
Capa Aplicaciones
Inte
rnet
of
Thin
gsCLOUD COMPUTING
Computation / Analytics / Storage
GIS ADMS CIS
WirelessAP RF
DRIVER AMI IED Sensor
M2M
BIG DATA AI
MonitoreoTiempo-Real
StreamHealth
Simulación
Industria4.0 Transporte
SCADA TOOLS B2B
Diversificación de usuarios, equipos,
redes TIC e información
Integración de redes inalámbricas
03/11/2018 12
Redes inalámbricas de sensores Wireless Sensor Networks
Reducción de sistemas cableados
Reducción de costos de instalación de redes
Reducción gastos operativos de red de comunicaciones
Configurable a cambios en la estructura
Portabilidad del dispositivo
No se afecta el funcionamiento del sistema actual
https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/industrial-connectivity-protocols
Integración de IoT - IIoT
03/11/2018 13
Menor Cantidad de Datos
Menor Consumo de Energía
N. W. Bergmann and L.-Q. Hou, “Energy Efficient Machine Condition Monitoring Using Wireless Sensor Networks,” 2014 Int. Conf. Wirel. Commun. Sens. Netw., pp. 285–290, 2014.
Procesamientodistribuido
Consumo de potencia
Ancho de banda
Desarrollo de soluciones
03/11/2018 14
Gestión de la información
Sistemas de comunicación
Desarrollo de dispositivos
Sistemas de monitoreo, control y gestión de activos
Objetivos del proyecto
Desarrollar capacidades de uso de las tecnologías eléctricas y electrónicas enla gestión energética de los motores eléctricos en un proceso productivoindustrial, mediante la evaluación de sistemas de control, supervisión demotores eléctricos y variador de frecuencia dentro de un sistema eléctricoindustrial.
03/11/2018 15
Actividades realizadas
03/11/2018 16
Medición de eficiencia
Actividades realizadas
03/11/2018 17
Medición de eficiencia
Alternador de un generador Diesel monofásico
Actividades realizadas
03/11/2018 18
Medición de eficiencia
Temperatura
Par
Velocidad
Tensión
Corrientes
Vibraciones
Actividades realizadas
03/11/2018 19
Caracterización de MotoresModelo de simulación FEM
EficienciaFallas en motores
Real Time Monitoring
Actividades realizadas
03/11/2018 20
VSI/CSI M
Processing Unit
Phase Voltage& Current Motor Velocity
ADC
3-Phase 3-Wire
Input Power
Output Power
Caudal
RF Module
MonitoringDiagnosis
SurveillanceZigBee
5MM x 5MM
f2V converter
3-Phase Voltages3-Phase Currents
Signal Conditioning
Density
4-20 mA receiver
0-10 V receiver
Pressure Temperature
ADC Processing UnitRF
Module
ZigBee
Control Room Machines Room
Central
Storage Unit
Storage Unit
Estimación de eficiencia
Trabajos actuales
03/11/2018 21
Sistema de diagnóstico distribuido de motores de inducción basado en redes inalámbricas de sensores (WSN) y protocolo ZigBee
• Múltiples señales de monitoreo
• Variedad de análisis
• Múltiples procesos industriales
• Diversificación de usuarios
• Diferentes objetivos de análisis
Productos finales
03/11/2018 22
Productos finales
03/11/2018 23
COM Serial
Productos finales
03/11/2018 24
Reporte de variables RMS, promedio, Máx., Mín.
Potencia
Calidad de la energía
Procesamiento de señales
Análisis de fallas
Monitoreo periódico
Otros …
Nodo Remoto
Productos finales
03/11/2018 25
COM SerialEthernet
Productos finales
03/11/2018 26
Gestión de datos
Diagnóstico de fallas
Eficiencia del sistema
Registro de valores
Reporte de alarmas
Monitoreo de estado de la red
Nodo Central Coordinador
Productos finales
03/11/2018 27
Nodo Remoto
Nodo Remoto
Nodo Coordinador
Gateway
Nodo Remoto
Nodo Remoto Nodo
Remoto
Arquitectura propuesta
03/11/2018 28
Arquitectura de referencia IoT Aplicación
Middleware de integración IoT (IoTIM)
Gateway
Dispositivos Remotos
Driver Driver
Sensor Actuador
Middleware de integración IoT (IoTIM)
XII Cátedra Internacional de Ingeniería, Oscar Carrillo, Maroua Meddeb
Arquitectura propuesta
03/11/2018 29
Nodo Remoto
Nodo Remoto
Nodo Coordinador
Gateway
Nodo Coordinador
Gateway
Arquitectura propuesta
Confiabilidad
Disponibilidad
Eficiencia
Latencia
Tolerancia a fallas
Integrar seguridad y back up
Optimización de recursos
Redes virtuales
03/11/2018 30
Beneficios de una Arquitectura de IoT
Trabajos futuros Modelo de simulación de variadores
Identificar fallas
Estimación de su eficiencia
Eficiencia de Algoritmos de control
Base de datos de fallas
Técnicas de análisis de fallas Diagnóstico
Pronóstico
Generar alertas de mantenimiento, control y supervisión
Caracterización de motores en procesos
Integración con sistemas de control y gestión de activos
03/11/2018 31
Métodos para determinar la eficiencia de motores
eléctricos según la norma IEC 60034-2-1
Enrique Ciro Quispe, Dr. Ing.
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, Noviembre 6 de 2018
Proyecto Gestión de Motores Eléctricos Industriales
Grupo de Investigación en Energías, GIEN/Universidad Autónoma de Occidente
Electric Machines and Drives/Universidad Nacional de Colombia
Impacto del Incremento de la Eficiencia
en los Sistemas de Motores Eléctricos
08/11/2018 2
08/11/2018 3
Importancia de la EE en la disminución de la Demanda y las Emisiones de CO2
Fuente: IEA (2018), Energy Efficiency 2018. Analysis and Outlook to 2040.
Impacto de los motores eléctricos en el
consumo de energía eléctrica
08/11/2018 4
Los Sistemas Accionados con Motores Eléctricos consumen el 53% de la electricidad mundial.
Fuente: IEA (2016), World Energy Outlook, 2016
Gestión de Motores Eléctricos: Etapas
5
1. Selección y especificación del Motor y del Convertidor de Potencia (aplicación de lasnormas y análisis del tipo de carga);
2. Ensayos de recepción y almacenamiento (aplicar normas ensayo de recepción,conocer la norma IEEE 112 ó la IEC 60034-2-1);
3. Instalación y protección (seguir manuales del fabricante);
4. Operación y mantenimiento (Puesta en marcha del equipo, determinación de losIDEn, monitoreo, diagnostico, mantenimiento centrado en la eficiencia, cambios paraincrementar eficiencia);
5. Reparación ó cambio (reparación eficiente y análisis técnico económico del ciclo devida del motor para determinar la opción mas recomendable ).
Impacto del consumo de los motores eléctricos en el ahorro
08/11/2018 6
Usando motores eléctricos de uso general más eficientes, los países pueden: - Ahorrar 300 TWh por año de electricidad en el 2030.- Dejar de emitir 200 Mt de CO2 (que es la emisión anual de 60 plantas eléctricas de carbón de 1 GW de potencia).
Fuente: GEF-U4E (2018) Energy-Efficient Electric Motors and Motors Systems.
Mediante la Gestión de Energía en los sistemas de motores eléctricos se
puede (Proyecto SGIE RECIEE):
- Ahorrar 300 TWh por año de electricidad al 2030.
- Dejar de emitir 200 Mt año de CO2.
Motores Elect Eficientes + Gestión Motores Eléctricos: Ahorro de 600TWh año al 2030 (10
años consumo en Colombia) y se deja de emitir 400Mt año de CO2.
Impacto del consumo de los motores eléctricos en el ahorro
08/11/2018 7
Fuente: GEF-U4E (2018) Energy-Efficient Electric Motors and Motors Systems.
La transición a a sistemas de motores eléctricos energéticamente eficientes, puede reducir la demanda global de electricidad en 20 a 30% el año 2030.
08/11/2018 8
En Colombia el Comité
Técnico 131 ICONTEC de
Maquinas Eléctricas
Rotatorias. Es el comité
espejo de la IEC.
En Colombia la Ley 1715 y
la Resolución 463 de 2018,
incentivan el uso de motores
eficientes y la implementación
de Sistemas de Gestión
Energética.
Normas en Motores eléctricos.
08/11/2018 9
Normas para determinar en laboratorio la Eficiencia del motor
IEC 60034-2-1:2014
Rotating electrical machines – Part 2-1: Métodos normalizados para la determinación de las pérdidas y
eficiencia a partir de ensayos
Esta norma establece métodos para determinar las eficiencias a partir de ensayos, y también especifica
métodos de obtención de los diferentes tipos de pérdidas. Se aplica a las máquinas de CC, a máquinas
síncronas de CA y a máquinas de inducción de todos los tamaños en el ámbito de aplicación de la IEC 60034-1.
IEEE 112-2017
IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generator.
Esta norma establece métodos para determinar las eficiencias a partir de ensayos de motores y generadores
polifásicos de inducción.
Observación: Ambos normas dan métodos equivalentes.
Clases de eficiencia en motores eléctricos.
08/11/2018 10
IEC 60034-30:1: 2014.
Rotating electrical machines - Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE
code)
Esta norma define las clases de eficiencia para motores de corriente alterna y armoniza los
distintos requisitos para los niveles de eficiencia de los motores de inducción y nuevos tipos de
motores eléctricos. Clasifica los motores en 5 niveles de eficiencia IE1, IE2, IE3, IE4 e IE5.
NEMA MG1-2016.
Motor and Generator. Establece los niveles de eficiencia en Premium, Super-Premium y Ultra-
Premium.
Nota: Ambas normas son equivalentes.
Métodos para Determinar la
Eficiencia en Motores Eléctricos según
Normas Internacionales
IEC 60034-2-1 y IEEE 112
08/11/2018 11
08/11/2018 12
Ambito Reglamento tecnico/decreto Norma Tecnica
Europa EU-MEPS - 2009 IEC 60034-2-1
USA EPACT 1992, EISA 2007 IEEE 112
Colombia RETIQ 2015 NTC-3477 (IEC 60034-2-1)
IEC 60034-2-1 (2014):“Rotating electrical machines – Part 2-1: Standard
methods for determining losses and efficiency from tests”
MEPS y Normas en Colombia sobre motores eléctricos.
08/11/2018 13
Métodos de Prueba Preferidos
Ref Método Descripción Cláusula Aplicación Instalación requerida
2-1-1A Medición Directa:Entrada - Salida
Medida de par 6.1.2 Todas las máquinas monofásicas
dinamómetro para carga nominal
2-1-1B Sumatoria de pérdidas:Pérdidas Residuales
PLL
Determinado de las pérdidas residuales
6.1.3 Máquinas trifásicas con potencia nominal de salida de hasta 2 MW
Dinamómetro y máquina para un 25% adicionado a la carga nominal
2-1-1C Sumatoria de pérdidas:Valor asignado
PLL del valor asignado
6.1.4 Máquinas trifásicas con potencia nominal de salida mayor a 2 MW
08/11/2018 14
Metodos de Prueba Estudiados¿En que consisten?
Método 2-1-1A de la IEC 60034-2-1Determinar la eficiencia a travez de la medidade potencia de entrada y el calculo de lapotencia de salida tomando en cuenta lamedida del par de carga, se aclara que lanorma específica, que se debe aplicar elmétodo directo a motores de inducciónmonofásicos tomando solamente datos a carganominal.
Método 2-1-1B de la IEC 60034-2-1Requiere de la obtención de las pérdidas totalesy su separación de acuerdo a la naturaleza de suorigen, estas pérdidas son conocidas como :• pérdidas en el devanado del estator Ps
• pérdidas en el devanado del rotor Pr
• pérdidas del hierro Pfe
• pérdidas de fricción y ventilación Pfw
• pérdidas por cargas adicionales PLL
08/11/2018 15
Laboratorio de ensayo de eficiencia de motores de inducción
MotorDinamómetro
Fuente
Variac
Freno de
histéresis
POTENCIA
ELÉCTRICA
POTENCIA MECÁNICA
P2
P1
Método 2-1-1 A de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 16
𝑃2 = 2. 𝜋. 𝑇.𝜔𝑚
𝜂 =𝑃2𝑃1
𝑃1 𝑇 𝜔𝑚
Analizador de redes Freno de Histeresis
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 17
Prueba de Motor de inducción sin carga (Condición de vacio)
0
200
400
1,38 1,39 1,4 1,41 1,42
Po
Ro
Po vs. Ro
𝑅0 =𝑃0 − 𝐵
𝑚0
200
400
1,380 1,390 1,400 1,410 1,420
Po
Ro
Po vs. Ro
Determinar Perdidas de fricción y ventilación PfW (Se toman los 4 valores porcentuales mas pequeños)
% de U Uo Io Po Ro Ps Pc
60 138.40 2.47 130 1.3895 12.7161 81.32
50 114.40 2.05 110 1.3874 8.7460 65.29
40 92.07 1.72 100 1.3864 6.1761 57.86
30 69.13 1.47 90 1.3853 4.5107 49.52
𝑃𝑠 = 1,5. 𝐼2. 𝑅 𝑃𝑐 = 𝑃0 − 𝑃𝑠
U2 Pc
19154.56 81.32
13087.36 65.29
8476.27 57.86
4779.42 49.52
Pfwo
38.8252
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00
Pc
U^2
Pc vs. U^2
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 18
𝑃𝑠 = 1,5. 𝐼2. 𝑅 𝑃𝑐 = 𝑃0 − 𝑃𝑠
Determinar pérdidas de hierro Pfe. (Se toman los 4 valores porcentuales mas grandes)
% de U Uo Io Po Ro Ps Pc
110 250.6 7.32 360 1.4137 113.518 210.52
100 229.23 5.27 260 1.40.32 58.4553 165.58
95 217.8 4.63 230 1.4000 45.0183 149.02
90 206.9 4.22 210 1.3979 37.4013 136.63
Uo Pc - Pfwo
250.6 171.6908
229.23 126.7535
217.8 110.1905
206.9 97.8076 70,00
90,00
110,00
130,00
150,00
170,00
190,00
190,00 210,00 230,00 250,00 270,00
Pfe
Uo
Pfe vs. Uo
𝑃𝑓𝑒 = 𝑚.𝑈𝑖 + 𝐵
𝑈𝑖 = 𝑈 −3
2. 𝐼. 𝑅. cos𝜑
2
+3
2. 𝐼. 𝑅. sin𝜑
2
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
19
𝑅 =𝑃1 − 𝐵
𝑚
0
1000
2000
3000
4000
1,38 1,39 1,40 1,41 1,42
P1
R
P1 vs. R
0
1000
2000
3000
4000
1,38 1,39 1,40 1,41 1,42
P1
R
P1 vs. R
Carga (%) I P1 s m T R K S S PS PS Pr Pr P1 P2 PfW
125 10.05 3240
1800
1752 15.12 1.41
1.011
0.03 0.03 214.2 216.6 77.58 78.58 3243 2774 36.29
115 9.43 2980 1755 13.91 1.41 0.03 0.03 188.4 190.5 66.88 67.57 2983 2556 36.44
100 8.57 2610 1763 12.1 1.41 0.02 0.02 155.1 156.8 48.07 48.57 2612 2234 36.86
75 7.29 1990 1772 9.076 1.40 0.02 0.02 111.8 113 27.41 27.69 1992 1684 37.33
50 6.28 1390 1782 6.058 1.40 0.01 0.01 82.62 83.54 11.91 12.03 1391 1131 37.86
25 5.56 790 1790 3.022 1.39 0.01 0.01 64.58 65.3 3.38 3.42 790.8 556.5 38.29
10 5.39 450 1797 1.212 1.39 0.00 0.00 60.54 61.22 0.46 0.46 450.7 228.1 38.66
0 5.33 260 1799 0.191 1.39 0.00 0.00 59.2 59.86 0.05 0.05 260.7 35.98 38.77
𝐾𝜃 =235 + 𝜃𝑊 + 25 − 𝜃𝑐
235 + 𝜃𝑊𝑆 = 1 −
𝑝. 𝑛
𝑓𝑆𝜃 = 𝑆. 𝐾𝜃 𝑃𝑆 = 1,5. 𝐼2. 𝑅
𝑃𝑆,𝜃 = 𝑃𝑆. 𝐾𝜃 𝑃𝑟 = 𝑃1 − 𝑃𝑆 − 𝑃𝑓𝑒 . 𝑆 𝑃𝑟,𝜃 = 𝑃1 − 𝑃𝑆,𝜃 − 𝑃𝑓𝑒 . 𝑆𝜃
𝑃1,𝜃 = 𝑃1 − 𝑃𝑆 − 𝑃𝑆,𝜃 + 𝑃𝑟 − 𝑃𝑟,𝜃 𝑃2 = 2. 𝜋. 𝑇. 𝑛 𝑃𝑓𝑤 = 𝑃𝑓𝑤0. 1 − 𝑆 2.5
Determinar pérdidas residuales PLr
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
20
Carga (%) P1 P2 PS Pr Pfe PfW PLr
125 3240 2774 214.2 77.58
116.44
36.29 21.5
115 2980 2556 188.4 66.88 36.44 15.45
100 2610 2234 155.1 48.07 36.86 19.64
75 1990 1684 111.8 27.41 37.33 12.90
50 1390 1131 82.62 11.91 37.86 10.72
25 790 556.5 64.58 3.38 38.29 0.88
10 450 228.1 60.54 0.46 38.66 5.86
0 260 35.98 59.2 0.05 38.77 9.60
𝑃1 − 𝑃2 − 𝑃S − 𝑃𝑟− 𝑃𝑓𝑒 − 𝑃fw = 𝑃𝐿𝑟
Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %
PLr 21.5 15.45 19.64 12.90 10.72 0.88 5.86 9.60
T2 228.6 193.5 146.4 82.37 36.7 9.13 1.47 0.04
A 0.07
B 4.94
R² = 0,7625
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 50 100 150 200 250
PL
r
T^2
PLr vs. T^2
𝐴 =𝑖. σ 𝑃𝐿𝑟. 𝑇
2 − σ𝑃𝐿𝑟 . σ 𝑇2
𝑖. σ 𝑇2 2 − σ 𝑇2 2 𝐵 =σ𝑃𝐿𝑟𝑖
− 𝐴 ∗σ𝑇2
𝑖
Determinar pérdidas residuales PLr Determinar pérdidas adicionales PLL
𝑃𝐿𝐿 = 𝐴 . 𝑇2
Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %
PLr 21.5 15.45 19.64 12.90 10.72 0.88 5.86 9.60
T2 228.6 193.5 146.4 82.37 36.7 9.13 1.47 0.04
A 0.07
B 4.94
PLL 16.82 14.23 10.77 6.06 2.70 0.67 0.11 0.00
R² = 0,7625
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 50 100 150 200 250P
Lr
T^2
PLr vs. T^2
𝑃𝑇 = 𝑃𝑓𝑒 + 𝑃𝑓𝑤 + 𝑃𝑆,𝜃 + 𝑃𝑟,𝜃 + 𝑃𝐿𝐿Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %
PT 464.5 425.2 369.5 300.5 252.5 224.1 216.9 215.1
Ƞ(%) 85.68 85.75 85.86 84.91 81.85 71.66 51.88 17.49
𝜂 =𝑃1,𝜃 − 𝑃𝑇𝑃1,𝜃
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0% 50% 100% 150%
Efi
cien
cia
Carga
Eficiencia vs. Carga
Determinar pérdidas Totales PT
Motores de Prueba
08/11/2018 21
Motor Nema
Nivel de eficiencia IE1
Motor IEC
Nivel de eficiencia IE3
Método 2-1-1 A de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 22
Resultados
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
0 20 40 60 80 100 120 140
EFICIENCIA (%)
CARGA (%)
Carga Vs Eficiencia
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0 20 40 60 80 100 120 140
EFICIENCIA (%)
CARGA (%)
Carga Vs Eficiencia
Metodo A de IEC 60034 2-1
Motor Nema IE1 (3HP) Motor IEC IE3 (4 HP)
Carga (%) P1(W) W(RPM) T (NM) P2(W) n (%) Carga (%) P1(W) W(RPM) T (NM) P2(W) n (%)
125 3375 1746 15.27 2791.98 82.73% 125 4293 1761 20.31 3745.40 87.24%
115 3039 1754 14 2571.50 84.62% 115 3944 1764 18.65 3445.13 87.35%
100 2674 1762 12.1 2232.65 83.49% 100 3432 1770 16.19 3000.88 87.44%
75 2027 1771 9.045 1677.47 82.76% 75 2602 1779 12 2235.56 85.92%
50 1408 1782 5.998 1119.29 79.50% 50 1807 1786 8.033 1502.41 83.14%
25 830 1790 2.993 561.03 67.59% 25 1028 1794 4.004 752.22 73.17%
0 192 1799 0 0.00 0.00% 0 201 1799 0 0.00 0.00%
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 23
Resultados
Motor Nema IE1 (3HP)
U (%) Po(W) Rpro (Ω) Ro(Ω)
110% 255 1.46 1.46
100% 192 1.44
95% 163 1.43
90% 145 1.43
60% 75 1.41
50% 60 1.41
40% 47 1.40
30% 41 1.40 1.40
Motor IEC IE3 (4 HP)
U (%) Po(W) Rpro (Ω) Ro(Ω)
110% 242 0.81 0.81
100% 201 0.80
95% 176 0.79
90% 160 0.79
60% 104 0.77
50% 85 0.77
40% 75 0.76
30% 63 0.76 0.76
0
50
100
150
200
250
300
1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48
PO
RO
Po Vs Ro
0
50
100
150
200
250
300
1,38 1,4 1,42 1,44 1,46 1,48
PO
RO
Po Vs Ro
0
50
100
150
200
250
300
0,74 0,76 0,78 0,80 0,82
PO
RO
Po Vs Ro
0
50
100
150
200
250
300
0,74 0,76 0,78 0,80 0,82
PO
RO
Po Vs Ro
Condición de vacío
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 24
Motor Nema IE1 (3 HP)
Pérdidas fricción y ventilación
U (%) V (V) I (A) Po (W) Ro(Ω) Ps (W) Pc (W)
60% 138,88 2,56 75 1,41 13,89 61,11
50% 115,77 2,15 60 1,41 9,77 50,23
40% 92,72 1,78 47 1,40 6,69 40,31
30% 69,63 1,45 41 1,40 4,41 36,59
Motor IEC IE3 (4 HP)
Pérdidas fricción y ventilación
U (%) V (V) I (A) Po (W) Ro(Ω) Ps (W) Pc (W)
60% 132,9 2,84 104 0,77 9,34 94,66
50% 110,6 2,37 85 0,77 6,48 78,52
40% 88,4 1,95 75 0,76 4,34 70,66
30% 66,3 1,64 63 0,76 3,06 59,94
U2 Pc (W)
19286,73 61,11
13401,92 50,23
8596,38 40,31
4847,87 36,59
Pfwo 26,87
U2 Pc (W)
17658,87 94,66
12221,30 78,52
7819,86 70,66
4401,44 59,94
Pfwo 49,2320,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
55,00
60,00
65,00
0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00
Pc
U^2
Pc Vs U2
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00
Pc
U^2
Pc Vs U2
Condición de vacío
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 25
Condición de vacío
Motor IEC IE3 (4 HP)
Pérdidas hierro
U (%) V (V) I (A) Po (W) Ro(Ω) Ps (W) Pc (W)
110% 239,77 6,93 242 0,81 58,74 183,26
100% 220,64 5,67 201 0,80 38,68 162,32
95% 209,26 5,11 176 0,79 31,16 144,84
90% 198,46 4,69 160 0,79 26,08 133,92
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
200,00 210,00 220,00 230,00 240,00 250,00
Pc
U0
Pc Vs U2
Uo Pfe (W)
239,77 134,02
220,64 113,09
209,26 95,61
198,46 84,68
Ui 209,89
Pfe 98,15
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
110,00
120,00
130,00
140,00
190,00 200,00 210,00 220,00 230,00 240,00 250,00
Pc
U0
Pc Vs U2
Uo Pfe (W)
244,59 125,77
230,84 97,53
217,88 86,64
207,34 77,38
Ui 222,84
Pfe 93,89
Motor Nema IE1 (3HP)
Pérdidas hierro
U (%) V (V) I (A) Po (W) Ro(Ω) Ps (W) Pc (W)
110% 244,59 6,84 255 1,46 102,36 152,64
100% 230,84 5,59 192 1,44 67,60 124,40
95% 217,88 4,80 163 1,43 49,49 113,51
90% 207,34 4,36 145 1,43 40,75 104,25
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 26
Motor Nema IE1 (3HP)
Carga (%) P1 (W) Rpro (Ω) R (Ω)
125% 3375 1,51 1,51
115% 3039 1,50
100% 2674 1,49
75% 2027 1,46
50% 1408 1,44
25% 830 1,42
0% 192 1,40 1,40
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1,38 1,43 1,48 1,53
P1
R
P1 Vs R
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1,38 1,43 1,48 1,53
P1
R
P1 Vs R
Motor IEC IE3 (4 HP)
Carga (%) P1 (W) Rpro (Ω) R (Ω)
125% 4293 0,87 0,87
115% 3944 0,86
100% 3432 0,85
75% 2602 0,83
50% 1807 0,80
25% 1028 0,78
0% 201 0,76 0,76
0500
100015002000250030003500400045005000
0,75 0,80 0,85 0,90
P1
R
P1 Vs R
0500
100015002000250030003500400045005000
0,75 0,80 0,85 0,90
P1
R
P1 Vs R
Condición bajo carga
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
08/11/2018 27
Motor Nema IE1 (3HP)
Carga (%) R (Ω) P1 (W) P2 (W) Ps (W) Pr (W) Pfe (W) Pfw (W) PLr (W)
125% 1.51 3375 2791.98 239.63 91.24
93.89
24.90 133.36
115% 1.50 3039 2571.50 211.66 69.85 25.19 66.91
100% 1.49 2674 2232.65 174.26 50.79 25.47 96.94
75% 1.46 2027 1677.47 123.59 29.15 25.80 77.09
50% 1.44 1408 1119.29 90.88 12.23 26.20 65.51
25% 1.42 830 561.03 72.27 3.69 26.50 72.63
0% 1.40 192 0.00 65.61 0.02 26.83 5.66
Motor IEC IE3 (4 HP)
Carga (%) R (Ω) P1 (W) P2 (W) Ps (W) Pr (W) Pfe (W) Pfw (W) PLr (W)
125% 0.87 4293 3745.40 230.27 85.90
98.15
46.61 86.67
115% 0.86 3944 3445.13 198.19 72.95 46.81 82.76
100% 0.85 3432 3000.88 158.78 52.92 47.21 74.07
75% 0.83 2602 2235.56 103.35 28.01 47.81 89.13
50% 0.80 1807 1502.41 66.76 12.77 48.28 78.63
25% 0.78 1028 752.22 44.68 2.95 48.82 81.17
0% 0.76 201 0.00 36.63 0.04 49.16 17.02
Carga (%) PLr (W) T2
125% 86.67 412.50
115% 82.76 347.82
100% 74.07 262.12
75% 89.13 144.00
50% 78.63 64.53
25% 81.17 16.03
0% 17.02 0.00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00
PLR
T2
PLr Vs T2Carga (%) PLr (W) T2
125% 133.36 233.17
115% 66.91 196.00
100% 96.94 146.41
75% 77.09 81.81
50% 65.51 35.98
25% 72.63 8.96
0% 5.66 0.00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
PLR
T2
PLr Vs T2
Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1
28
Carga (%) PLL (W) T2
125% 70.80 233.17
115% 59.52 196.00
100% 44.46 146.41
75% 24.84 81.81
50% 10.92 35.98
25% 2.72 8.96
0% 0.00 0.00
Carga (%) PT(W) n (%)
125% 524.07 84.49%
115% 463.18 84.77%
100% 391.34 85.38%
75% 298.96 85.26%
50% 235.27 83.30%
25% 199.90 75.94%
0% 187.08 2.93%
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
PLR
T2
PLL Vs T2 Carga (%) PLL (W) T^2
125% 31.43 412.50
115% 26.50 347.82
100% 19.97 262.12
75% 10.97 144.00
50% 4.92 64.53
25% 1.22 16.03
0% 0.00 0.00
Carga (%) PT(W) n (%)
125% 495.83 88.46%
115% 445.58 88.71%
100% 379.35 88.95%
75% 289.74 88.87%
50% 231.76 87.18%
25% 196.36 80.91%
0% 184.39 8.45%
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140%
EFICIENCIA (%)
CARGA (%)
Eficiencia Vs Carga
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00
PLR
T2
PLL Vs T2
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140%
EFICIENCIA (%)
CARGA (%)
Eficiencia Vs Carga
Conclusiones
29
La gestión de motores eléctricos se debe de realizar en todo el proceso del ciclo de vida del motor:selección y especificación, instalación y protección, operación, monitoreo, mantenimiento, yreparación.
Para la determinación experimental de la eficiencia, se acepta a nivel internacional los métodos:método 2-1-1 A (método directo) y el método 2-1-1 B (separación de pérdidas), ambos de la IEC 60034-2-1. Asimismo se puede usar el método A (directo) y B (separación de pérdidas) de la Norma IEEE 112.Ambos métodos son equivalentes.
La aplicación del método de separación de pérdidas, de la norma IEC 60034-2-1 o la IEEE 112 permiteseparar las pérdidas por su magnitud y según su origen: pérdidas de hierro y pérdidas de fricción yventilación, pérdidas joule en devanados del estator y del rotor y las pérdidas adicionales.
En Colombia se cuenta con la experticia y la infraestructura técnica para determinar la eficiencia de unmotor eléctrico a partir de ensayos y certificar si éste cumple con lo especificado en la placa de datos,según el RETIQ. La red RECIEE ha sido un factor clave para avanzar en este objetivo.
Implementación de un Sistema de
Acondicionamiento de Aire con Energía
Solar Usando un Ciclo de Refrigeración por
AbsorciónCesar A. Isaza R.
Grupo de Energía y Termodinámica – UPB
Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética
Bogotá, noviembre 06 de 2018
Objetivo General
Desarrollo, implementación y evaluación de un sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo y un sistema de producción de frío por absorción a escala de laboratorio.
08/11/2018 2
Objetivos específicos
1. Seleccionar un edificio apropiado para la instalación demostrativa y evaluar el potencial del uso de la energía solar.
2. Escoger la tecnología apropiada para la instalación demostrativa.
3. Realizar un modelo de simulación dinámico para la instalación demostrativa.
4. Dimensionar y efectuar el diseño de detalle del sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo.
08/11/2018 3
Objetivos específicos5. Desarrollar un sistema de control e implementar
un proceso de monitoreo y adquisición de datos para la instalación demostrativa.
6. Cometer la construcción y puesta en marcha de un sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo.
7. Diseñar y construir un dispositivo de laboratorio para evaluar ciclos innovadores de refrigeración por absorción, intercambiadores de calor y nuevos pares refrigerantes.
8. Realizar modelos teóricos para simular los procesos involucrados en un ciclo de refrigeración por absorción a escala de laboratorio.
08/11/2018 4
Actividades realizadas 7 noticias (prensa, radio y televisión) sobre el
proyecto de Climatización Solar
1 video realizado sobre el proyecto de Climatización solar
4 Conferencias
1 Proyecto en la Convocatoria Pública USAID No. CCEP-FI-RFPCP-044-12-15, Desarrollo de Proyectos Demostrativos y/o Educativos Sobre Energías Renovables y Eficiencia Energética, con la propuesta denominada “Integración De Tecnologías Energéticamente Eficientes en Sistemas de Climatización Operados con Energía Térmica”.
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Productos finales 8 artículos publicados en revistas
nacionales e internacionales
26 ponencias en congresos nacionales e internacionales
5 trabajos de pregrado finalizadas
1 monografía de especialización
5 tesis de maestría (3 finalizadas, 1 internacional)
1 tesis de doctorado finalizada
3 capítulos de libros publicados
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Propuestas de nuevos temas de investigación a
partir de los resultados obtenidos
Energética 2030. Proyecto Construcción Sostenible.
Casa Hábitat Smart Living Lab.
Ciudades del Futuro
Hábitat – Sostenibilidad
Almacenamiento de energía con materiales de cambio de fase (PCM)
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Gracias
Cesar A. Isaza-Roldan.
https://www.upb.edu.co/es/investigacion/nuestro-sistema/centros/centro-circli
www.reciee.com
Bogotá, noviembre 6 de 2018