modelo de dinámica de sistemas para disponibilidad de
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Modelo de dinámica de sistemas para disponibilidad de biomasa forestal en zonas rurales aisladas
Patrocinante: Sr. Fabián Cid
Trabajo de Titulación presentado como parte de los requisitos para optar al Título de
Ingeniero en Conservación de Recursos Naturales
ROCÍO ALEJANDRA GARCÍA NAHUELPÁN VALDIVIA
2012
Índice de materias Página i Calificación Comité de Evaluación i ii Agradecimientos ii iii Dedicatoria iii iv Resumen iv 1. INTRODUCCIÓN 1 1.1 Objetivos 2 2. ESTADO DEL ARTE 3 2.1 Los bosques como fuente de energía 3 2.2 La generación eléctrica a partir de biomasa 4 2.3 La ruralidad y generación energética distribuida 5 2.4 Dinámica de sistemas y desarrollo sustentable 6 3. MATERIAL Y MÉTODO 8 3.1 Área de estudio 8 3.1.1 Ubicación 8 3.1.2 Clima 9 3.1.3 Vegetación y suelos 9 3.2 Creación de un diagrama de flujos o de Forrester para el 12 abastecimiento de biomasa forestal como fuente ERNC en una zona rural aislada. 3.3 Criterio para la creación del modelo: Modelo de Lotka- 13 Volterra. 3.4 Modelación de la generación de biomasa forestal como ERNC 14 en isla Huapi 4. RESULTADOS 15 4.1 Descripción del modelo de disponibilidad de biomasa forestal 15 para generación eléctrica a pequeña escala en zonas rurales aisladas 4.1.1 Subsistema de biomasa disponible en bosque nativo 16 4.1.2 Subsistema de biomasa forestal disponible en plantaciones establecidas 18 4.1.3 Subsistema potencial energético de plantaciones establecidas y bosque nativo 19 4.1.4 Subsistema de biomasa disponible en plantaciones dendroenergéticas 21 4.2 Variables del modelo 22 4.2.1 Cálculo superficies con restricción 22 4.2.2 Cálculo volumen en pie 24 4.2.3 Cálculo de conversión bosque nativo y plantación dendroenergética 24 4.3 Simulación en Stella 25 5. DISCUSIÓN 26 6. CONCLUSIONES 28 7. REFERENCIAS 30 Anexos 1 Evolución de emisiones de CO2 en Chile 2 Vías de conversión de biomasa 3 Poder calorífico de especies arbóreas
4 Potencial energético de la biomasa forestal residual por unidad de vegetación en la cuenca del lago Ranco 5 Sistema eléctrico chileno 6 Nivel altitudinal isla Huapi 7 Pendientes isla Huapi 8 Uso actual isla Huapi 9 Uso potencial isla Huapi
10 Distribución tipo forestal Roble-Raulí-Coihue 11 Composición florística del subitpo remanentes originales del bosque Roble-Laurel- Lingue 12 Especies presentes en usos actuales isla Huapi. 13 Distribución viviendas isla Huapi 14 Proceso para la construcción de un diagrama de influencias 15 Clasificación de las variables y elementos en un diagrama de Forrester 16 Variables y elementos de un diagrama de Forrester 17 Modelo de disponibilidad de biomasa forestal en zonas rurales aisladas 18 Esquema de intervención de bosques nativos, derivados de investigaciones de manejo y producción del recurso forestal nativo. 19 Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa en bosque nativo 20 Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa en plantaciones establecidas 21 Ecuaciones subsistema potencial energético de bosque nativo y plantaciones establecidas 22 Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa de plantaciones energéticas 23 Erosión actual isla Huapi 24 Valor de las variables ingresadas en Stella
i
Calificación del Comité de Titulación
Nota
Patrocinante: Sr. Fabián Cid _____
Informante: Sr. G. Ignacio Díaz _____
Informante: Sr. Martín Solar _____
El patrocinante acredita que el presente Trabajo de Titulación cumple con los requisitos de contenido y
de forma contemplados en el Reglamento de Titulación de la Escuela. Del mismo modo, acredita que
en el presente documento han sido consideradas las sugerencias y modificaciones propuestas por los
demás integrantes del Comité de Titulación.
________________________
Sr. Fabián Cid Yáñez
ii
Agradezco las sugerencias de los profesores que han ayudado al desarrollo de este trabajo, especialmente a mi comisión de profesores, Martín Solar por su grata y alentadora compañía, Ignacio Díaz gran fuente de ánimo y Fabián Cid.
A Bernardita Rosales, Alejandra Carmona, Francisco Burgos y Carolina Rocha por su gran disposición
y amabilidad.
A mis padres y hermana por su gran paciencia y permanente confianza.
A mi familia, amigos y Cristóbal, pilares fundamentales ante momentos de flaqueza.
iii
Atribuyo todo lo que soy a mis queridos y amados padres, por su amor incondicional, paciencia sin
límites, y quienes me han llenado de orgullo y satisfacción día a día. A mi padre por su confianza y
valiosos retos, a mi madre, mi mejor amiga y compañera de juegos.
A mi amada hermanita Bárbara por su compañía, largas conversaciones y risas interminables que
siempre han llenado mi alma.
A mi adorada madre y abuelita Adriana Gómez, quien me brindó los mejores días de mi vida junto al
mar y juegos de niña con mi querida prima. Por su cariño sin fin, sus cuidados y darme la enseñanza
más valiosa, la alegría de estar unidos con los que nos amarán y apoyarán ante la peor tormenta, la
familia.
A mi apreciado primo hermano Alexis Espinoza y a su familia por su incondicionalidad, valiosos
consejos y grandes momentos de diversión.
A mis amigos, Cristóbal y a mi hermosa familia en general, tíos, primos, sobrinos y abuelitas.
“El ciclo de la vida, es sólo uno, el que consiste en amar y ser amado día a día. La naturaleza es sólo
una, la cual existe para amarnos y darnos todo lo que somos…”
Gracias a Dios
iv
1. RESUMEN
Frente a problemas energéticos como la dependencia exterior calentamiento global y la carencia de
energía eléctrica en zonas rurales aisladas por costos medio ambientales, económicos y administrativos
que implica la instalación tradicional, a pesar del importante papel que juega la energía para el
desarrollo de las comunidades. La biomasa forestal ha surgido como alternativa sustentable ante los
problemas generados por la extracción de combustibles fósiles como fuente de energía y por el sistema
de transmisión actual.
En este contexto, el principal objetivo de este trabajo fue analizar los factores involucrados en la
disponibilidad de biomasa forestal para generación eléctrica en zonas rurales aisladas, creando un
modelo de dinámica de sistemas en el que se identificaron las variables principales de las que depende
este sistema dinámico, utilizando el software Stella 8 como herramienta analítica.
El modelo fue aplicado en Isla Huapi, localizada en la comuna de Futrono, el que mostró la
importancia de considerar dentro del modelo el manejo como elemento principal, ya que al aplicar
medidas correctas, el crecimiento y disponibilidad de biomasa tienen la posibilidad de aumentar.
Este modelo muestra la disponibilidad de biomasa en un aspecto general, el cual puede ser
modificado, con fin de representar una herramienta real para toma de decisiones, incorporando
ordenamiento territorial y una toma de datos exhaustiva. Además de la posibilidad de la incorporación
de variables que representen una matriz sustentable diversa, de acuerdo a la disponibilidad de recursos
renovables.
Finalmente este modelo, también puede ser adaptado para la estimación biomasa utilizable
considerando restricciones técnicas.
Palabras claves: disponibilidad de biomasa forestal, modelo de dinámica de sistemas, zonas rurales
aisladas, matriz energética.
1
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente el abastecimiento de energía mundial es un gran desafío al ser de vital importancia
para el desarrollo de la economía existente y para el bien común de la sociedad. En Chile parte de la
demanda energética se satisface a partir de la hidroelectricidad, presentando para el 2008 una
producción de 25.034 MWh (CNE, 2009). Sin embargo la fuente energética más utilizada es aquella
proveniente de recursos fósiles, el consumo bruto de petróleo crudo para el mismo año es de 110.420
tetracalorías, mayor al de la leña y otros, al carbón, el gas natural, la hidroelectricidad, la energía eólica
y el biogás, de mayor a menor uso en tetracalorías (CNE, 2009).
La alta dependencia de la matriz energética por fuentes externas, sumado a la centralización de
nuestros sistemas de distribución y a la concentración de la industria, hacen necesario explorar nuevos
modelos de generación de energía. Además, existen zonas que están excluidas de este sistema, ya que
al estar alejadas de los principales sistemas de distribución presentan elevados costos de instalación,
altos riesgos de inestabilidad de conexión y altos costos operacionales. Muchas de estas comunidades
se encuentran cercanas a sitios de conservación y el instalar un tendido eléctrico significaría un gran
costo ambiental. Al mismo tiempo, las oportunidades de desarrollo se presentan más en las zonas
urbanas que en las rurales, propagando la falta de oportunidades y pobreza rural en estas áreas. Por
estas razones es necesario explorar fuentes locales de generación que ayuden a diversificar la matriz,
descentralizarla y otorgar oportunidades e incentivos económicos a recursos locales. Así es que con fin
de potenciar el desarrollo rural en estas zonas, se realiza en paralelo un trabajo de titulación que aborda
aspectos sociales y comunitarios de las ventajas y aceptación de las comunidades rurales ante este
nuevo panorama energético.
Ante este nuevo escenario, la biomasa se presenta como alternativa energética renovable no
convencional, incentivando la creación de nuevas tecnologías que sean capaces de satisfacer demandas
eléctricas de manera sustentable. Sin embargo y a pesar de sus beneficios, la generación a pequeña
escala a partir de biomasa no ha sido implementada con mucho éxito en Chile, debido a la falta de
información del proceso tecnológico, desinterés en la innovación, altos costos, entre otros.
La complejidad de los elementos involucrados para el análisis de las posibilidades de la biomasa
forestal como fuente de energía sustentable usando pequeños medios de generación, hace necesario el
uso de herramientas analíticas para su estudio. Por esta razón se estima que un modelo de dinámica de
2
sistemas permitiría considerar adecuadamente variables que limiten o impulsen la innovación
tecnológica en base a energías renovables no convencionales como la biomasa, en zonas rurales
aisladas. Un modelo de estas características permitiría también determinar de forma más comprensible
los pros y contras que posee una determinada localidad para la implementación de un proyecto
energético pudiendo estimar las posibilidades de éxito.
Para propender a la sustentabilidad de un proyecto energético en la línea a explorar, se consideran
las variables que deben existir para el equilibrio en el ecosistema, con fin de evitar la degradación del
medio ambiente. Estas variables se analizan en línea con una visión sistémica que también incorpora
los otros subsistemas, es decir la sociedad y el subsistema tecnológico. Se espera que una herramienta
como esta ayuden incorporar a las sociedades rurales disminuyendo su condición de aislamiento, dando
pie para un efectivo desarrollo rural en estas zonas campestres, acompañado por el aumento de empleos
y una mejor calidad de vida de los lugareños.
1.1 Objetivos:
Objetivo general
� Analizar los factores generales que determinan el potencial de abastecimiento de biomasa
forestal como fuente energética no convencional en la implementación de un pequeño medio de
generación eléctrica en zonas rurales aisladas, utilizando un modelo de dinámica de sistemas.
Objetivos específicos
1. Identificar los factores y las relaciones que influyen en la dinámica del subsistema ecosistema
para proveer la biomasa forestal necesaria que permita la generación de energía eléctrica en un
contexto rural.
2. Desarrollar un diagrama de flujo y niveles a partir de la identificación de las variables
vinculadas al modelo ecosistema para para el funcionamiento de un pequeño medio de
generación eléctrica en base a biomasa forestal.
3. Modelar el sistema de disponibilidad de biomasa para la generación de energía, utilizando el
software Stella 8.
4. Aplicar modelo creado en isla Huapi, localizado en la Comuna de Futrono, como zona rural
aislada de referencia, utilizando datos supuestos basados en bibliografía.
3
2. ESTADO DEL ARTE
2.1 Los bosques como fuente de energía.
Impulsar la biomasa forestal como ERNC, abre nuevas posibilidades de aprovechamiento del
recurso forestal, a través de plantaciones dendroenergéticas, con más de un 45% de suelos con aptitud
preferentemente forestales en nuestro país. Además, el relevante potencial energético proveniente de
los bosques y de los desechos forestales que no se pueden utilizar para fines madereros, significan 370
MW y 220 MW de energía eléctrica, respectivamente (CORMA, 2012), señalando la biomasa forestal
como potencial fuente energética.
La importancia de implementar biomasa forestal en generación la de energía, radica en su
capacidad de asimilar el carbono e incorporarlo a su estructura, es decir, lo fija y lo mantiene
almacenado por largos períodos, a través de la fotosíntesis (Ordoñez, 2001). Es por esta razón que
utilizar como fuente de energía la biomasa proveniente de los bosques ayuda a bajar las emisiones de
CO2, siempre y cuando sustituya a un combustible fósil. Su combustión produce agua y CO2, pero la
cantidad emitida de dióxido de carbono fue captada previamente por las plantas en su crecimiento, por
lo que no representa un incremento en las emisiones de CO2 (CNE, 2007; Burgos, 2010).
Según los criterios aceptados por Burgos y Oporto (2010), la biomasa forestal es de origen
fotosintético y su naturaleza puede ser natural, aquella que se produce en los ecosistemas naturales sin
intervención humana; residual, todos aquellos subproductos orgánicos generados de forma
antropogénica; o cultivos energéticos, plantaciones de crecimiento rápido realizados con la finalidad de
producir biomasa sólo con fines energéticos. En zonas rurales del centro sur de Chile, las fuentes de
biomasa son los cultivos agrícolas, forestales y bosque nativo, siendo los dos últimos las principales
fuentes de biomasa forestal (Figura 1).
4
Figura 1. Origen de la biomasa seca más comunes en zonas rurales
Fuente: Elaboración propia
Por lo tanto, es importante favorecer el desarrollo sostenible de las áreas rurales debido la cercanía
que tienen a las fuentes de provisión de biomasa forestal, los procesos derivados del cambio en el uso
del suelo y silvicultura, y el resguardo del bosque nativo, fomentando técnicas de producción y manejo,
ambientalmente más apropiadas.
2.2 La generación eléctrica a partir de biomasa
Chile presenta una serie de problemas en la matriz eléctrica principalmente por la alta
vulnerabilidad energética nacional debido a la progresiva dependencia de las fuentes fósiles (PCS,
2004a y 2004b) y la contribución del mantenido aumento de las emisiones de CO2 (Anexo 1) (PCS,
2004c). Así el auge de las energías limpias y renovables se ha visto favorecido, llevando a la búsqueda
de energías alternativas renovables, económica y ambientalmente viables que proporcione una mayor
dependencia energética (CORMA, 2012).
En esta búsqueda, las industrias forestales participan activamente en la generación eléctrica a partir
de biomasa, representando más del 46% de las energías renovables no convencionales (ERNC),
1 Francisco Burgos. 2012. Universidad Austral de Chile. Comunicación personal 5
estimada en una capacidad instalada para generación eléctrica de biomasa forestal de 722 MW
aproximadamente, considerando tanto las plantas forestales que entregan sus excedentes al Sistema
Interconectado Central (SIC), como las que producen para autoconsumo. Señalando que esta energía es
proveniente de empresas forestales que utilizan sistemas de cogeneración para producir electricidad y
vapor para sus procesos productivos, generados con residuos de la madera, como astillas, aserrines y
licor negro (CORMA, 2012).
La tecnología ha permitido el desarrollo de procesos más eficientes para la conversión de biomasa
en diferentes formas de energía. Procesos que en términos generales, se diferencian en humedad y
temperatura, pero aluden a un mismo objetivo, la obtención de gases susceptibles de ser utilizados en
una turbina o un motor tras ser debidamente acondicionados generando energía mecánica y/o eléctrica
(Anexo 2) (FOCER 2002). En cuanto a biomasa forestal, sus procesos de conversión son combustión
directa, gasificación y pirolisis.
Cada especie arbórea y tipo forestal posee un determinado poder calorífico medido en Kcal/Kg o
cal/mg – y la variación entre una especie y otra tiene un índice promedio de sólo un 0,6 1 (Anexo 3),
parámetro determinante para la cuantificación del potencial energético (Anexo 4).
2.3 La ruralidad y la generación energética distribuida
El espacio rural es entendido de forma simplificada como territorio no urbano, áreas que en el Plan
de Ordenamiento Territorial o en otros instrumentos de planificación como los planes reguladores
comunales o intercomunales, no están clasificadas como áreas urbanas. En estas áreas no urbanizadas
se realizan actividades agropecuarias, agroindustriales, extractivas, de silvicultura y conservación
ambiental. En lo concreto, lo rural se refiere a territorios y a los pobladores humanos de tales
territorios, a determinados tipos de “hábitat” territoriales, ecológicos y socioculturales de la población
humana (Pezo, 2007).
Varias zonas rurales carecen de acceso a los cuatro subsistemas principales del sistema eléctrico
chileno (Anexo 5), debido a su condición geográfica y otros (Aranda, 2002), lo cual es un impedimento
para el desarrollo social y económico de estas zonas rurales, porque el acceso a energía es un factor
6
clave para el desarrollo de las comunidades (Almonacid, 2009). Es por esto que el Gobierno de Chile a
fines de 1994, creó el Programa de Electrificación Rural (PER) para integrar a estas comunidades en
los procesos de desarrollo del país, con el énfasis en el fomento del uso de las energías renovables.
Proponiéndose una meta de 96% de viviendas rurales electrificadas al año 2010 (CNE, 2012).
Siendo así, el concepto de generación distribuida (GD) es un actor importante en la
descentralización energética, aunque se pudiera pensar que es un concepto nuevo, la realidad es que
tiene su origen de alguna forma, en los inicios mismos de la generación eléctrica. Es definida por la
DPCA (Distribution Power Coalition of América) como cualquier tecnología de generación a pequeña
escala que proporciona electricidad en puntos más cercanos al consumidor que la generación
centralizada y que se puede conectar directamente al consumidor o a la red de transporte o distribución
(CGED, 2010). Una manera de entender mejor el concepto de GD es pensándolo como el uso
estratégico de unidades modulares de generación eléctrica, instaladas en forma aislada para
proporcionar un servicio específico, o interconectadas a las redes de distribución o sub-transmisión de
electricidad, para reducir el costo del servicio y mejorar la calidad de la energía entregada (Aranda,
2002).
Los cambios introducidos al marco normativo por medio de las Leyes Nº 19.940 y Nº 20.018 (Ley
Corta I y II respectivamente) buscan fomentar y regular la generación eléctrica primordialmente con
energías renovables no convencionales (ERNC), en las que se incluye la generación distribuida como
concepto (Neira, 2007).
2.4 Dinámica de sistemas y desarrollo sustentable
El término dinámica es empleado por oposición a estática, expresando el carácter cambiante de
aquello adjetivado con ese término. Un sistema es entendido como una unidad cuyos elementos
interaccionan juntos, ya que continuamente se afectan unos a otros de modo que operan hacia una meta
en común. Así la dinámica de un sistema apunta a que las distintas variables que se pueden asociar a
sus partes, sufren cambios a lo largo del tiempo como consecuencia de las interacciones que se
producen entre ellas (Aracil, 1995).
A partir de esto, Forrester desarrolló una metodología que posibilita representar cualquier tipo de
flujo y relaciones que existen entre los elementos, garantizando un sistema activo mediante una
7
caracterización cualitativa. La materialización de esta metodología es conocida como “Diagrama de
Forrester”. Contando con el diagrama anterior se pueden escribir las ecuaciones del modelo, esta
consiste en la simulación informática del modelo para experimentar con él y determinar las trayectorias
que genera, otorgándole el carácter cuantitativo para denominarlo como modelo, proceso que requiere
de herramientas informáticas adecuadas (Aracil, 1995; Schaffernicht, 2009).
Entonces el dinamista elabora modelos cualitativos y cuantitativos, llamados “modelos de
dinámica de sistemas”, el que consiste en 6 etapas, de las que se avanza y retrocede de una etapa a otra
(Figura 2), en el que el modelista juega un papel esencial, debido a que es un proceso que tiene más de
arte que de ciencia (Aracil, 1995; Schaffernicht, 2009).
Figura 2. Fases de la construcción de un modelo
Fuente: Aracil, 1995
El modelo finalmente se emplea para analizar las políticas alternativas que pueden aplicarse al
sistema que se está estudiando, estas se definen normalmente mediante escenarios que representan las
situaciones a las que debe enfrentarse el usuario del modelo (Aracil, 1995).
Las simulaciones y los métodos de dinámica de sistemas permiten describir y resolver problemas
dinámicos complejos. Muchos de ellos relacionados con el desarrollo sostenible para determinar
tendencias a largo plazo del uso de recursos de la población, la contaminación y el medio ambiente
(Moffat, 2001). Incluso se han hecho modelos relacionados con el manejo de los bosques, la búsqueda
8
de una gestión sustentable de los recursos forestales, abarcando el aspecto económico, social y medio
ambiental, principio básico de la silvicultura (Loncar, 2006).
3. MATERIAL Y MÉTODO
3.1 Área de estudio
La zona rural aislada utilizada como referencia será Isla Huapi, en la que se consideraran valores y
características reales, y otras como supuestos de acuerdo a la información disponible
3.1.1 Ubicación
Las coordenadas de isla Huapi son 72° 23’ latitud y 40° 13’ longitud (SECPLAN, 2003), ubicada
en el centro del Lago Ranco, comuna de Futrono, provincia del Ranco. Es la más extensa de las islas
del lago con una superficie de 15 Km2 (Thiele, 1976). El acceso sólo es por vía lacustre en una
Barcaza municipal (Barría, 2010) (Figura 3).
Figura 3. Ubicación Isla Huapi
Fuente: Elaboración propia basado en Google Earth Pro 2012
9
3.1.2 Clima
Huapi posee un clima templado lluvioso con humedad relativa de un 75% en el mes más bajo. La
temperatura media anual es de 11 y 12° C, siendo Julio el mes más frío (7,25° C) y Enero el mes más
cálido (16,5° C promedio) (Farías, 1994).
La pluviosidad alcanza los 2.000 mm anuales aproximadamente, concentrándose en los tres
primeros meses de la estación invernal. En verano hay disminución de las lluvias, reduciéndose a
montos insuficientes para sostener la vegetación, pero no va más allá de un mes y la vegetación no se
ve afectada, ya que la cantidad de lluvia mantiene los suelos, causando modificaciones sólo a nivel
freático (Farías, 1994).
Isla Huapi tiene un clima que comparte con la región circundante. Sin embargo, por la variación de
la topografía y vegetación, posee condiciones diferentes a las del continente. Existiendo variaciones de
unos pocos metros de altura de un rincón a otro en la velocidad del viento y la temperatura, aunque su
nivel altitudinal varía sólo de 100 a 200 metros y la mayoría de la isla posee pendientes inferiores a un
6% (Anexo 6 y 7). Quien realice una planificación debe tomar en consideración estos efectos (Farías,
1994).
Finalmente la isla se ve favorecida por la masa líquida del lago, el que produce un sistema térmico,
conformando lo que se ha llamado un microclima, teniendo un invierno menos helado y un verano más
fresco, con ausencia de heladas, permitiendo siembras y vegetación no tradicionales en resto de la
región (Farías, 1994).
3.1.3 Vegetación y suelos
Los bosques se desarrollaron en un suelo de origen volcánico, constituido por rocas pertenecientes
a la formación Panguipulli con características de semipermeabilidad (Thiele, 1976). Gran parte de estos
bosques que fecundaron está área con mayor fuerza (bosques de olivillo, bosques de boldo, bosques de
pitra y bosque de roble-laurel-lingue) fueron talados a mediados de siglo producto de la instalación de
aserraderos para el procesamiento de abundantes maderas nativas y su posterior venta o trueque para la
2 Instituto Geomática. Universidad Austral de Chile. Comunicación personal 10
liberación de tierras de cultivo (Farías, 1994). Debido a esta continua degradación histórica, la isla está
severamente erosionada.
De acuerdo al Catastro de uso del suelo 2006 2 la isla tiene una superficie actual de 785,3 hectáreas
(Cuadro 1) y según SECPLAN (2003), de la superficie total de la isla, el 64% es suelo estéril, de
conformación rocosa y que ha sido sometida a un fuerte proceso de deforestación; el 16% se destina a
ganadería y crianza de animales de corral y sólo el 20% es para actividades agrícolas de subsistencia.
Cuadro 1. Uso actual isla Huapi.
Uso actual Superficie (ha)
Matorral arborescente semidenso 56
Renoval denso 15,3
Matorral arborescente semidenso 7,9
Renoval denso 18
Matorral arborescente abierto 12
Renoval denso 15,5
Renoval denso 18,9
Matorral arborescente abierto 12,7
Matorral arborescente abierto 15,1
Renoval denso 17,4
Praderas perennes 596,6
Superficie total 785,3
En el sector norte de la isla se ubican los matorrales arborescentes semidensos, los matorrales
arborescentes abiertos y renovales se concentran en el sector este, y las praderas predominan en gran
parte del sector de la isla (Anexo 8). Actualmente el caso más representativo de la subutilización del
suelo en la isla, es en el sector norte, predominante por praderas, seguido por matorral y una baja
superficie de renoval y según el uso potencial (Anexo 9), en este sector se deberían desarrollar
principalmente actividades forestales con limitaciones, correspondiente al uso potencial VIII (Schlatter
et. al, 2003).
El tipo forestal Roble-Raulí-Coihue se desarrolla 36° 30' S (río Ñuble Itata) y el paralelo 40° 30'
Se trata de un tipo de alto interés económico que no existía originalmente en Chile, si no que se ha
formado debido a la acción alteradora del hombre, a través de la tala masiva y de los incendios,
generando bosques de segundo crecimiento constituidos por las especies más agresivas, de más rápido
crecimiento y mayor habilidad competitiva. Esto significa que se trata de bosques puros de
11
cada uno de los Nothofagus, o una mezcla de alguno de ellos. Sin embargo, como derivan de bosques
originales más complejos, se encuentran especies de sotobosque e individuos arbóreos propios de esos
tipos originales (Anexo 10) (Donoso, 1981).
La composición del tipo forestal en la isla fue generada por las talas rasas que abrió fuertemente el
dosel produciendo la invasión de mirtáceas y otras especies arbustivas con altas densidades que
imposibilita la regeneración, particularmente de las especies intolerantes como Coigue, Raulí y Roble
(Donoso, 1981), observando en terreno la baja presencia de individuos de N. dombeyi y la ausencia de
individuos de N. alpina y N. obliqua.
Estos factores han generando fundamentalmente un “subtipo de bosque degradado”, en el que la
composición del tipo forestal Roble-Raulí-Coihue depende en definitiva de la composición de los
bosques originales (Donoso, 1981). Siendo la predominancia de P. boldus una manifestación de la
regeneración primitiva gracias al crecimiento de matorrales producto de la masiva actividad forestal
(Farías, 1994), presente como especie predominante y arbórea pequeña en bosques originales de boldo
y de roble-laurel-lingue, respectivamente. También se observó la presencia de individuos de olivillo
(Aextoxicon punctatum), arrayán (Luma apiculata), laurel (Laurelia sempervirens), avellano (Gevuina
avellana), entre otros. Por lo tanto, la actual predominancia en los renovales es producto de la
frecuencia de la intervención ejercida en los bosques originales y de factores al azar (Donoso, 1981)
(Figura 4).
Figura 4. A) y B) Cerro “Tren-tren”, C) Pequeño propietario, plantación de álamo (vista desde barcaza)
12
Aunque el catastro de uso de suelo 2006 difiere en relación a la predominancia de especies
observadas en terreno, ya que P. Boldus no es señalado en ningún aspecto (Anexo 11).
En la isla existen dos localidades: Antillanca y Ñacumil, con 96 propiedades. Las viviendas se
distribuyen heterogéneamente a lo largo de toda la isla (Anexo 12), aunque el centro comunitario reúne
las infraestructuras comunes de la comunidad y hay 2 iglesias localizadas en Distintos lugares
(SECPLAN, 2003). Es evidente que la isla no tiene un plan de ordenamiento y el carácter de
indisolubilidad de las tierras por temas legales, generan una alta atomización y dispersión de los
propietarios.
3.2 Creación de un diagrama de flujos o de Forrester para el abastecimiento de biomasa forestal
como fuente ERNC en una zona rural aislada.
La primera etapa consistió en la recopilación de información por medio de tres fuentes de
información de las que se nutre un modelo Figura 5, considerando observaciones sobre el sistema
mediante revisión bibliográfica y discusiones con especialistas, académicos, lugareños, entre otros.
Figura 5. Fuentes de información para la creación de un modelo
Fuente: Aracil, 1995.
13
Asumiendo lo anterior, se definieron los distintos elementos del problema, así como las
influencias producida entre ellos creando un “diagrama de influencias del sistema”, conceptualizando
los elementos (Aracil 1995; Schaffernicht, 2009) siguiendo los pasos pertinentes (Anexo 13).
Posteriormente se procedió a clasificar cada una de las variables de acuerdo a Forrester,
considerando tres tipos de variables y otros elementos (Anexo 14 y 15) para crear el “diagrama de
flujos” (o de Forrester) para luego generar una síntesis correspondiente a la justificación de las
variables y relaciones consideradas.
3.3 Criterio para la creación del modelo: Modelo de Lotka-Volterra.
El modelo de Lotka-Volterra, está basado en el crecimiento logístico y ha sido popularmente
utilizado como modelación interespecífica (entre especies) de competencia (Hwang et. al, 2005), en la
que una especie presa y una especie depredadora, comparten un mismo ecosistema, pero supuestamente
sólo interactúan entre ambas, sin considerar las otras especies, o sea el modelo parte de la hipótesis de
ser un sistema cerrado.
Un ejemplo es el de Sarabia (1995), en el que conejos y lobos comparten un ecosistema cerrado, en
el que la especie presa (conejo) se desenvuelve en un medio sin escasez de alimento y que la especie
presa no tiene un depredador declarado en el modelo. Por lo tanto la especie predadora consume sólo la
especie presa declarada en el modelo y ninguna otra.
A partir de esto nace la Ley Lotka-Volterra, la cual establece que los organismos interactúan con
otras especies y con el medio ambiente físico de diversas maneras, incluyendo a veces
“retroalimentaciones negativas”.
Si bien, el aumento en la población de una especie presa, genera un aumento en la población de
sus depredadores, ocasionando una reducción de la población de presas mediante el aumento de la
mortalidad debido a la depredación (Haemig, 2011), en el modelo se identifica al hombre como especie
depredadora y el ecosistema como la especie presa, pero esto no explica en totalidad la interacción que
tiene le ser humano con su medio ambiente. A diferencia de los lobos, el hombre tiene la capacidad de
evitar estas retroalimentaciones negativas mediante la aplicación de medidas que garanticen un
equilibrio en el medio ambiente, evitando la degradación y la escasez de los recursos naturales (Figura
14
6).
Figura 6. Esquema interacción entre hombre y ecosistema
Fuente: Creación propia basado en Sarabia, 1995
Tomando como caso la deforestación mundial anual, calculada en 17 millones de hectáreas, en el
que el hombre es el depredador, pero es claro que él tiene la posibilidad de ejecutar medidas que
mitiguen este tipo de actividades para un desarrollo sostenible (Dudley, 2004; Moffatt, 2001).
3.4 Modelación de la generación de biomasa forestal como ERNC en isla Huapi
Se ejecutó el modelo en el software Stella 8 como programa de simulación computacional,
proporcionando un marco de referencia y una representación gráfica para la observación e interacción
cuantitativa de las variables del sistema (Burgos, 2010), utilizando datos reales y otros como supuestos
basados en bibliografía recolectada. La zona rural de referencia fue isla Huapi para un horizonte de
veinte años, representado por dos escenarios.
15
4. RESULTADOS
4.1 Descripción del modelo de disponibilidad de biomasa forestal para generación eléctrica a
pequeña escala en zonas rurales aisladas
La biomasa disponible considera restricciones no técnicas, relacionada con aspectos
medioambientales, propiedad de los terrenos y la competencia de aprovechamiento forestal (Gómez,
2008). Estas restricciones aplican en la conceptualización del modelo a superficies de bosque nativo,
plantaciones establecidas y plantaciones dendroenergéticas, con fin de obtener la superficie disponible
para generación de biomasa.
Como el objetivo de este trabajo es dar una visión general de la oferta actual disponible, no se discute el
flujo anual de biomasa que se debe extraer en la comuna para satisfacer la demanda que requiere una planta
generadora y a su vez mantener la estructura y composición del bosque.
Es importante señalar que en el modelo de disponibilidad de biomasa forestal en zonas rurales
aisladas (Anexo 16) sólo expresa el volumen actual de biomasa disponible, no se discute el flujo anual,
debido que para esto es necesario desarrollar un plan de manejo capacitado para mantener la estructura
y composición del bosque a largo plazo, incluyendo tomas de datos y caracterización de la superficie
para uso energético. Sólo se establece un parámetro de sustentabilidad, la oferta actual de biomasa y la
estimación de hectáreas con fines dendroenergéticos para satisfacer el consumo comunitario.
De las seis etapas para desarrollar un modelo, el trabajo sólo se extiende hasta la formalización,
etapa en la que se aplica el modelo utilizando términos cuantitativos. Este resultado sólo representa una
perspectiva general y subjetiva de la disponibilidad de biomasa proveniente de tres fuentes energéticas,
tomando en cuenta que la mayoría son supuestos y que el real objetivo del modelo es la
conceptualización de sus componentes y relaciones, comprendido por cuatro subsistemas:
• Subsistema de biomasa forestal disponible en bosque nativo
• Subsistema de biomasa forestal disponible en plantaciones establecidas
• Subsistema potencial energético de bosque nativo y plantaciones establecidas
3 Bernardita Rosales. 2012. INDAP, Futrono. Comunicación personal 16
• Subsistema de biomasa forestal disponible de plantaciones dendroenergéticas
4.1.1 Subsistema de biomasa disponible en bosque nativo
Con fin de no aumentar la presión actual que existe sobre el bosque nativo producido por la
extracción de leña sin manejo sustentable (CORMA, 2012), el volumen de crecimiento total se
establece como “parámetro de sustentabilidad”, el cual consiste en no extraer más de lo que crece el
bosque en el período de tiempo. El parámetro de sustentabilidad es determinado a partir del volumen de
crecimiento anual por hectárea (m3/ha) y la superficie para uso energético (ha). Este último se obtiene
de la diferencia entre superficie total del bosque nativo y superficies de restricción correspondientes a
superficies de propiedad legal, superficies con cobertura arbórea abierta, superficies de alto valor
cultural y superficies de protección, y bajo un criterio conservador se consideró un crecimiento de
8m3/ha/año para bosque nativo (Rocha, 2009)
El volumen de consumo de leña dependerá del número de familias y de lo que consumen, esta
información es variable en el tiempo, pero en el modelo se considerarán como datos fijos. Según
Gómez et. al 2006, el consumo anual de leña por vivienda en la región es de 8 toneladas, el cual
expresado en volumen son 16,9 m3 de consumo, utilizando la densidad promedio señalada en la sección
5.1.2. Sin embargo esta cifra era para la Décima Región de ese entonces y tomaba en cuenta la isla de
Chiloé y sus alrededores, sitios de mucho consumo de leña, así es que el volumen para el modelo fue
sólo la mitad 8 m3. El volumen total será para las 100 familias residentes estimadas aproximadamente
en la isla3.
El volumen neto en pie de bosque nativo por hectárea fue calculado utilizando el “Informe
Forestal Nacional Extensivo”, en el marco del Proyecto “Catastro y evaluación de los Recursos
vegetacionales nativos de Chile 1998”, del que se obtuvo la biomasa disponible en pie expresada en
volumen neto sin corteza, del fuste total y copa, correspondiente al tipo forestal Roble-Raulí-Coihue
mayor a 12 m con estructura densa. Luego según Gayoso et. al (2002) se procedió a separar los
componentes el árbol, de acuerdo a los porcentajes de participación del fuste, corteza y ramas del árbol.
Las hojas no se consideraron, tomando en cuenta que son las que poseen la mayor cantidad de
nutrientes y deben quedar en el suelo (Rocha, 2009).
4 Alejandro Follert.2012. Forestal Tornagaleones MASISA. Comunicación personal 17
Al volumen total en pie se aplica un supuesto de extracción, porcentaje que varía según tipo
forestal, grado de alteración del bosque, estado de desarrollo del rodal y variables dasométricas, como
diámetro mínimo de corta y densidad inicial, señaladas en el Reglamento N° 259 del D.L 701.
En términos generales, para el tipo forestal de estructura renoval, es decir un bosque nativo
secundario originado ya sea por semillas y/o reproducción vegetativa después de una perturbación
antrópica o natural (incendio, tala rasa, derrumbe). En general homogéneos en su estructura vertical y
sus diámetros. Se les debe aplicar técnicas de manejo de cortas intermedias (Anexo 17), como raleos y
clareos, cortas de limpieza, y podas. Para este caso se aplicó un raleo moderado extrayendo 20 a 30%
del área basal4 (SGF, 2012). El raleo consiste en dejar un par de árboles vigorosos de buena forma y
sanidad que permitan la formación de un bosque a futuro de buenas características maderables en el
menor tiempo posible, de esta manera se concentra el potencial del crecimiento del sitio en menos
árboles y de mejor calidad (Lara et. al 1999). Como se obtuvo la disponibilidad de biomasa en
volumen, bajo criterio del trabajo el porcentaje de extracción supuesta se aplica al volumen total en pie
(Rocha, 2009).
Es importante señalar que para todos los subsistemas de disponibilidad de biomasa, la mano de
obra no influye directamente en ella, pero si en la biomasa utilizable, debido a su carácter técnico. La
determinación de biomasa utilizable no forma parte en este trabajo. La mano de obra total depende del
volumen total y de la cantidad de biomasa retirada en terreno por un cuadrilla no especializada de 6
personas, un motosierrista y 5 individuos más, con una extracción de 20 árboles por día, considerando
1m3 por árbol, con tres días de trabajo a la semana, son 2880 m3 al año por cuadrilla 4.
La dinámica del subsistema se observa en la figura 7 y las relaciones que existen entre ellas están
representadas por ecuaciones en el anexo 18
18
Figura 7. Modelo Stella de la dinámica del subsistema de biomasa forestal disponible en bosque nativo
Fuente: Elaboración propia
4.1.2 Subsistema de biomasa forestal disponible en plantaciones establecidas
En el centro sur de Chile, empresas forestales son propietarios de una considerable superficie de
plantaciones de especies exóticas como Eucalyptus spp. y Pino spp.(CONAF) con fines privados. Estas
superficies no son contempladas como aporte energético proveniente de plantaciones forestales, sólo la
de pequeños propietarios, a las que aplicando el volumen de crecimiento de las plantaciones por
hectárea, se determina el volumen de crecimiento de plantaciones establecidas por hectárea al año, y al
igual que el bosque nativo se considera en el modelo, el volumen en pie disponible, de acuerdo a la
superficie disponible y el volumen por hectárea, al que se propone aplicar una extracción del 60% del
volumen total, con fin de expresar la oferta disponible proveniente de plantaciones forestales (Rocha,
2009): No se describe el procedimiento para la obtención de biomasa en pie, porque en el catastro las
plantaciones no están presentes como superficie de uso, así es que no se consideraron datos de volumen
en pie por hectárea y crecimiento. Sin embargo en terreno se observaron plantaciones de Eucalyptus
19
globulus, Pinus spp. y álamo (Populus spp.), pero no fueron consideradas por su pequeña superficie.
La dinámica del subsistema se observa en la figura 8 y sus ecuaciones referenciales en el anexo 19
Figura 8. Modelo Stella de la Dinámica del subsistema de biomasa forestal disponible en plantaciones
establecidas.
Fuente: Elaboración propia
4.1.3 Subsistema potencial energético de plantaciones establecidas y bosque nativo
Muchas veces se cuenta sólo con el volumen comercial o de fustes y no su peso. Para llevar
volumen a biomasa, es necesario contar con la densidad básica de la madera, la cual permita
transformar los volúmenes húmedos en biomasa seca, expresada en kilogramos o toneladas por unidad
de volumen (Gayoso, 2002). Bajo este parámetro, utilizando la densidad promedio y el volumen para
uso energético proveniente del bosque nativo y plantaciones establecidas, se determinó la biomasa en
toneladas para transformación energética.
La densidad promedio, se obtuvo de las especies comprendidas por el tipo forestal Roble-RaulíCoihue, 473,5 kg/m3 de acuerdo a Gayoso et al. (2002).
5 Francisco Burgos. 2012. Universidad Austral de Chile. Comunicación personal 20
Para determinar la cantidad de energía contenida en la biomasa forestal disponible para uso
energético, la generación energética debe estar bajo condiciones teóricas de humedad, poder calorífico
y eficiencia. Las restricciones de lo parámetros anteriores quedan a libertad de quien aplique el modelo
según los requerimientos del proceso de conversión seleccionado.
Para este subsistema es necesario establecer el porcentaje de humedad de la madera, ya que afecta
a la eficiencia del proceso de conversión. La madera recién cortada tiene una humedad entre 40 a 60%
(base húmeda), porcentaje que influye en el poder calorífico inferior final para la conversión de
biomasa. El que se calcula a partir del poder calorífico superior. Considerando esto, la humedad en el
modelo será de un 30%, la eficiencia eléctrica de un 20% 5 y según Julio (1995) el tipo forestal Roble-
Raulí-Coihue con estructura densa, tiene un poder calorífico superior de 4452 kcal/kg.
La dinámica del subsistema se observa en la figura 9 y sus ecuaciones referenciales en el anexo 20.
Figura 9. Modelo Stella de la dinámica del subsistema potencial energético de plantaciones
establecidas y bosque nativo
Fuente: Elaboración propia
21
4.1.4 Subsistema de biomasa disponible en plantaciones dendroenergéticas
Se establece un consumo 2,4 Mw-h año para un hogar, es decir 2400 kw-h y considerando las 100
familias, la energía requerida total teóricamente serían 240.000 kw-h año (Rocha, 2009).
Si la biomasa proveniente de plantaciones establecidas y bosque nativo no es suficiente para
generar esta cantidad de energía, entonces existe un déficit energético, entre la energía generada y la
energía potencial del bosque y plantaciones de pequeños propietarios. De este modo, las plantaciones
dendroenergéticas se presentan como opción para la generación de biomasa forestal. En este
subsistema, la determinación de biomasa disponible es definida por la disponibilidad de hectáreas
potenciales para uso dendroenergético de acuerdo al requerimiento de generación de biomasa, dado por
déficit energético.
En la selección de la superficie potencialmente disponible para uso dendroenergético, se aplican
criterios de restricción tales como, alta erosión del suelo, superficies no productivas, cursos de aguas o
zonas urbanas, rurales e industriales; de tipo legal, áreas y especies protegidas por Ley, y especies bajo
categoría de conservación; áreas bajo protección, ecosistemas frágiles o que proveen protección y
terrenos de protección, y protección de cursos de agua; de tipo ecológicas, como bosque naturales; y de
tipo económicas, como superficies de uso definido (Ceballos, 2011).
La especie propuesta en el modelo para plantaciones dendroenergética en isla Huapi, es
Nothofagus Dombeyi, ya que forma parte del tipo forestal degradado Roble-Raulí-Coihue. Se presenta
en suelos volcánicos en el sector sur, puede desarrollarse en suelos delgados y es capaz de crecer sobre
lava una vez que se ha acumulado suficiente humus. Sin embargo presenta los mejores crecimientos en
suelos profundos donde la humedad del sustrato es más adecuado (Donoso, 1978).
El rango climático varía considerablemente debido a su amplia distribución. La precipitación
anual presenta valores que van desde los 700 mm en la región mediterránea hasta los 5000 mm en la
distribución sur y sus temperaturas medias anuales son variables, alcanzando temperaturas máximas de
30° C en el sector septentrional, las cuales disminuyen considerablemente hacia el sur (Donoso, 1978).
Como referencia se consideró un volumen de crecimiento de 2,2 m3 por hectárea al año (Maureira,
2006). Una densidad de 0,507 ton/m3 (Gayoso et. al, 2002) y el poder calorífico superior será el mismo
utilizado en el tipo forestal Roble-Raulí-Coihue ya que como se nombró antes, la variación entre una
22
especies y otra son mínimas. Utilizado también para
No se considera en el modelo el manejo que debe tener una plantación de este tipo, el año de
extracción y las condiciones de fertilidad del suelo.
La dinámica del subsistema se observa en la figura10 y sus ecuaciones referenciales en el anexo 21.
Figura 10. Modelo Stella de la dinámica del subsistema de biomasa forestal disponible de plantaciones
dendroenergéticas
Fuente: Elaboración propia
4.2 Variables del modelo
4.2.1. Cálculo superficies con restricción
a) Subsistema disponibilidad de bosque nativo : La superficie para uso energético fue 66, 98 hectáreas
(Cuadro 2), correspondiente a una restricción de tipo cultural, debido a que es utilizado para
23
ceremonias y no es permitido extraer madera de él. Para ingresar al cerro “Tren-tren”, se debe solicitar
autorización (Figura 11).
Cuadro 2. Superficies para uso energético con descuentos de restricción
Uso actual Superficie (ha)
Renoval denso 85 Renoval con restricción 18,02 Superficie para uso energético 66,98
Figura 11. Superficie bosque nativo con restricción del tipo cultural, cerro “Tren-tren”.
Fuente: Creación propia
b) Subsistema Plantaciones dendroenergéticas: La alta erosión actual en toda la superficie de la isla
(Anexo 22), fue la principal limitante en la restricción de superficies disponibles para la
implementación de cultivos dendroenergéticos a “corto plazo”.
6 - 7 Francisco Burgos. 2012. Universidad Austral de Chile. Comunicación personal 24
4.2.2 Cálculo volumen en pie
a) Volumen en pie: para este cálculo se consideró un volumen neto de 158.351 m3ssc y un volumen de
copa de 8.074 m3ssc para el tipo forestal Roble, Raulí Coihue. A partir de esto, el volumen en pie total
por hectárea es de 215.171 m3ssc (Cuadro 3).
Cuadro 3. Volumen total en pie por componente (sólo para bosque nativo en el año uno)
Componente Volumen en pie (m3)
Fuste 158,351 Corteza 25,471 Ramas 31,349 Total* 215,171
* 4,8 % son hojas, con un volumen de 11,2 m3. No fueron consideradas en el volumen total
4.2.3 Cálculo de conversión bosque nativo y plantación dendroenergética
El bosque nativo corresponde al tipo forestal Roble-Raulí-Coihue, con un poder calorífico
superior de 4452 kcal/kg, valor considerado también para N. Dombeyi, especie de plantación
dendroenergética. Siendo así, utilizando la ecuación [1], el PCI0 fue 4138,8 kcal/kg y de acuerdo a la
ecuación [2], con una humedad de 30%, el poder calorífico inferior correspondió a 2723,16 kcal/kg.
- Cálculo poder calorífico inferior con humedad cero
[1] [PCI0 = PCS - (0.0 6 x 9 x Entalpía (580))] 6
- Cálculo Poder calorífico inferior
[2] [PCIchx: PCI0 x (1 - CHx) - (CHx x Entalpía (580))] 7
Si la eficiencia eléctrica es de un 20%, entonces 544,632 kcal/kg corresponden a electricidad, y si
1kwh son 860 kcal, la conversión energética corresponde a 0,63 kwh por un kg de biomasa.
25
4.3 Simulación en Stella
Utilizando todos los datos anteriores (Anexo 23), se procedió a correr el modelo en el software
para desarrollar una representación cuantitativa de la relación entre las variables más representativas
del modelo.
En cualquier escenario propuesto, es importante considerar el volumen de leña extraíble, ya que
este se descuenta al volumen disponible de bosque nativo y determina la biomasa para generación
energética. Como el consumo de leña fue mayor a la disponibilidad de biomasa proveniente de bosque
nativo, el valor de biomasa para energía fue cero. Debido a esto no hay biomasa suficiente para
abastecer sustentablemente la isla. Sin embargo las plantaciones dendroenergéticas fueron presentadas
como opción, frente a un déficit energético total de 42.000 kwh. Así se estiman necesarios 66.666, 67
kg de biomasa, siendo necesarias 55 ha para generación de biomasa y una mano de obra de X
cuadrillas, pero en la isla la erosión se presenta como un de las principales restricciones que limitan las
hectáreas potencialmente disponibles para generación energética (Cuadro 4).
Cuadro 4. Caracterización cuantitativa de las variables principales del modelo en Stella.
Variables Valor
Volumen en pie disponible total BN 14.412,15 m3
Oferta actual biomasa disponible 3.603,04 m3 Volumen disponible BN uso energético
535,84 m3
Volumen consumo de leña total 800 m3
Biomasa uso energético total 0 kg Energía eléctrica disponible PE y BN
0 kw-h
Energía generada 240.000 kw-h Déficit energético -240.000 kw-h Biomasa PD requerida 400.000 kg Biomasa PD por ha generada 1.115,40 kg Ha requeridas 358,2 ha Ha para PD 0 ha
Fuente: Elaboración propia
26
5. DISCUSIÓN
Es necesario que se utilicen datos reales para establecer una real disponibilidad de biomasa para la
zona en que se aplique este modelo, el cual está sujeto a cambios y no es una herramienta para la toma
de decisiones, ya que no incorpora todas las variables de las que depende la biomasa disponible,
considerando en el modelo el parámetro de crecimiento como el de sustentabilidad bajo criterios
generales.
El modelo empleado en Isla Huapi descarta teóricamente la disponibilidad de biomasa forestal para
para generación energética, debido a la poca superficie boscosa, el estado de degradación por el
elevado nivel de depredación anterior y la erosión del suelo (SECPLAN, 2003). Por lo tanto, las pocas
superficies de bosques deben ser respetadas en lo posible, fomentando un plan de fertilización y
recuperación del suelo.
La comunidad utiliza la madera de los bosques para construir, calentarse, cocinar, etc. y no cuentan
con medidas de manejo para recuperación de sus bosques, lo que con el paso del tiempo puede
aumentar aún más la degradación. Si existiera un plan de manejo adaptado para la zona, implicaría que
el consumo de leña podría basarse en la explotación sustentable del bosque nativo, casos dados en
ciertas zonas del país, lo cual podría basarse, siempre y cuando se generen políticas adecuadas que
tomen en cuenta la realidad tanto del bosque como del consumo (Gómez et. al 2006), planificando la
gestión del patrimonio ecológico, creando un aprovechamiento sustentable de los recursos y evitando le
deterioro de los suelos. Con estas medidas se resguardarán también la calidad de las aguas y la
disponibilidad de las mismas.
Debido al carácter de indisolubilidad dictaminado hace años en isla Huapi, se han dividido los
terrenos de forma heterogénea aumentando con el tiempo la alta atomización y dispersión de los
propietarios, motivo por el cual hay zonas subutilizadas. A pesar de que hay zonas rurales que no
presentan este problema, la ausencia de un ordenamiento territorial, genera condiciones muy similares.
Todo esto crea dificultades para cualquier generación energética o para cualquier proyecto, por los
altos costos implicados. Adicionando, para el caso de biomasa forestal, el desconocimiento y falta de
capacitación en el manejo de bosque nativo por los propietarios (CORMA, 2012).
27
Aunque se han pretendido proyectos de generación de energía, como el de Chiloé muchos han
fracasado. Debido a que el consumo de leña ha pasado a formar parte de su cultura, generando
dificultades en la implementación de este tipo de tecnologías. No así en las plantas forestales, que son
las principales generadoras de biomasa forestal en Chile, las cuales utilizan sus residuos para
generación energética y son las principales generadoras de energía en utilizando biomasa forestal.
Entonces si las forestales pueden generar altos volúmenes de biomasa forestal, las comunidades
rurales también pueden lograrlo con medidas correctas, pero sólo son bonificadas por la Ley N° 20.283
plantaciones con fines energéticos que utilicen Eucalyptus spp., fomentando la utilización de esta
especie, la cual forma parte de las plantaciones de rápido crecimiento, al igual que el Pinus spp., lo cual
puede generar consecuencias ya vistas, como la invasión de estos individuos debido a su facilidad de
germinación, en el caso del Pinus spp. y la disminución del caudal producida por grandes superficies
de Eucalyptus spp.
Es claro que en las zonas rurales del sur de Chile la disponibilidad de biomasa forestal ha sido
desde siempre, por lo cual el realizar su vida diaria basada en este recurso, ha pasado a formar parte de
sus costumbres, consumiendo altos volúmenes de leña a diferencia de otras regiones (Gómez, 2008). Es
por esto que cambiar el uso tradicional por energía, es de difícil incorporación. Por lo tanto, las
energías renovables pueden ser diversas en relación a las fuentes energéticas cercanas, como cultivos
agrícolas y bostas de ganado.
El modelo considera los residuos forestales, sólo crecimiento de la superficie boscosa nativa aérea
y cultivos dendroenergéticos, siendo necesario un modelo que incluya los residuos forestales para la
generación energética, considerando el manejo para no extraer la biomasa residual que permite la el
desarrollo del humus y la protección del suelo.
Es importante señalar que los resultados de este trabajo se refieren únicamente a la biomasa
disponible. De cara a considerar, la biomasa efectivamente utilizable, será necesario tomar en cuenta
otros factores como el porcentaje de residuos recolectables, accesibilidad, la competencia de usos y el
coste de aprovechamiento.
28
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• Las variables y relaciones del modelo pueden usarse como primera aproximación de la
disponibilidad de biomasa forestal en una zona rural aislada, en aspecto general, pero se debe
realizar una investigación más íntegra, a fin de obtener datos e información más detallada.
• Para esto se propone incorporar al modelo, como factor clave, un plan de manejo específico
para estas zonas rurales aisladas, generando variables que incorporen estructura y tipos
forestales. Un manejo determina la disponibilidad anual y los volúmenes a extraer, de acuerdo
al objetivo, considerando una caracterización representativa del bosque, con datos de terreno, el
consumo y profesionales a cargo. En relación a esto se propone que sólo se extraiga la cuarta
parte de una hectárea, es decir la cuarta parte del crecimiento total. Considerando que si se
extrajera el crecimiento anual para todas las superficies disponible con fines energéticos cada
año, especialmente en el bosque, no alcanzaría a recuperarse de la intervención anterior,
generando degradación.
• Es importante también eliminar barreras legales que impidan a estos pequeños propietarios
acceder a beneficios otorgados por el Estado, tomando en cuenta este aspecto en un modelo re-
estructurado.
• Además, para la implementación de este tipo de fuentes energéticas en una zona rural aislada, se
sugiere una ordenación del territorio, con fin de evitar la subutilización de los suelos, la
atomización y determinar más específicamente las superficies para generación energética. Así
no se tendría que extraer toda la biomasa disponible del crecimiento, si existiese un déficit
energético, presentando como opción los cultivos dendroenergéticos, promoviendo especies
nativas.
• Este modelo está sujeto a cambios con fin de generar una herramienta más específica, la cual
pueda ser utilizada para toma de decisiones y ciclos de disponibilidad, utilizando dinámica de
sistemas. Se pueden incorporar otras fuentes energéticas presentes en zonas rurales, con fin de
29
promover una matriz sustentable diversa y así no aumentar la presión que existe sobre el bosque
nativo y suelos forestales. También se pueden incorporar variables técnicas, las cuales
determinen la biomasa utilizable en cierto período de tiempo.
30
7. REFERENCIAS
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ANEXOS
Anexo 1. Evolución de emisiones de CO2 en Chile. PCS (2004c)
Anexo 2. Vías de conversión de biomasa. FOCER (2002)
Anexo 3. Poder calorífico de especies arbóreas. Burgos*
Poder calorífico: Kcal/mg
*Tesis Ingeniería Forestal. Información obtenida Noviembre 2011
Anexo 4. Potencial energético de la biomasa forestal residual por unidad de vegetación en la cuenca del lago Ranco. Torres y Peña (2011)
Anexo 5. Sistema eléctrico chileno. Aranda (2002)
Anexo 6. Nivel altitudinal isla Huapi. Catastro (2006)
Anexo 7. Pendientes isla Huapi. Catastro (2006)
Anexo 8. Uso actual isla Huapi. Catastro (2006)
Anexo 9. Uso potencial isla Huapi. Catastro (2006)
Anexo 10. Composición florística del subitpo remanentes originales del bosque Roble-Laurel-Lingue. Donoso (1981)
Anexo 11. Especies presentes en usos actuales isla Huapi. Catastro (2006)
Uso actual Altura (m) Tipo forestal Subtipo forestal Especie 1 Especie 2 Especie 3 Especie 4
Matorral arborescente semidenso Roble Maqui Coihue UlmoRenoval denso 10 a 20 Roble-Raulí-Coihue Coihue CaneloMatorral arborescente semidenso Quila Maqui CoihueRenoval denso 10 a 20 Roble-Raulí-Coihue Coihue CaneloMatorral arborescente abierto Roble Maqui Ulmo Ribes cuculla ArrayánRenoval denso 10 a 20 Roble-Raulí-Coihue Coihue CaneloRenoval denso 10 a 20 Roble-Raulí-Coihue Coihue CaneloMatorral arborescente abierto Roble Maqui Ulmo Ribes cuculla ArrayánMatorral arborescente abierto Roble Maqui Ulmo Ribes cuculla ArrayánRenoval denso 10 a 20 Roble-Raulí-Coihue Coihue CaneloPraderas perennes Pasto miel
Anexo 12. Distribución viviendas isla Huapi. SECPLAN, 2003.
Anexo 13. Proceso para la construcción de un diagrama de influencias. Fernández, 2010
Paso 1. Elección de variables o elementos a representar del
modelo de sistema dinámico.
Paso 2. Evaluación cualitativa (no numérica) de las
relaciones entre estos elementos cuando las hubiere
Paso 3. Construcción del diagrama causal. Si A aumenta y B
aumenta, la relación es positiva. Si A aumenta y B
disminuye, la relación es negativa.
Paso 4. Construcción de diagrama según estructura Diagrama abierto o de estructura simple:
Diagrama cerrado o de estructura compleja:
Paso 5. Luego se establece la relación de los diagramas cerrados llamados también “bucles de alimentación”, de acuerdo al número de signos.
Bucles de alimentación positiva (número par de relaciones negativas o todas son positivas):
Bucles de alimentación negativa (número impar de relaciones negativas):
Anexo 14. Clasificación de las variables y elementos en un digrama de Forrester. Fernández (2010)
Anexo 15. Variables y elementos de un diagrama de Forrester. Fernández, (2010)
a. Variables de nivel: Son aquellas variables cuya evolución es significativa para el estudio del
sistema y son equivalentes a las variables de estado de un sistema en descripción interna.
Físicamente se definen como magnitudes que acumulan los resultados de acciones tomadas en
el pasado. Una característica común es que cambien lentamente en respuesta a las variaciones
de otras variables, en concreto de las variables de flujo. Un variable de nivel no puede influir
directamente en otra variable de nivel si no es a través de un flujo.
b. Variables de flujo: Son aquellas que determinan las variaciones en las variables de nivel del
sistema y caracterizan las acciones que se toman en el sistema las cuales quedan acumuladas en
los niveles correspondientes. A todo nivel se la asocia una variable de flujo. Las variables de
flujo tienen como entradas (información) exclusivamente variables de nivel, variables
auxiliares a variables exógenas y nunca se podrán conectar entre sí.
c. Variables auxiliares: Las variables auxiliares representan pasos en los que se descompone el
cálculo a partir de una variable de flujo a partir de los valores tomados por los niveles.
d. Fuentes y sumideros: Un nivel puede alimentarse de una fuente externa o vaciarse a través de
un sumidero, los que se supone son de capacidad infinita.
e. Canales de materiales e información: Variables de nivel, flujo y auxiliares ligadas a dos clases
de canales, canales de material y canales de información. Los niveles acumulan “flujos
materiales” que llegaran mediante canales de material y las variables de flujo y auxiliares se
alimentan a partir de canales de información.
f. Retrasos: Retraso producido en transmisión de material o en la transmisión de información.
Anexo 16. Modelo de disponibilidad de biomasa forestal en zonas rurales aisladas.
Anexo 17. Esquema de intervención de bosques nativos, derivados de investigaciones de manejo y producción del recurso forestal nativo. SGF, 2012.
Anexo 18. Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa en bosque nativo
Anexo 19. Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa en plantaciones establecidas
Anexo 20. Ecuaciones subsistema potencial energético de bosque nativo y plantaciones establecidas
Anexo 21. Ecuaciones subsistema disponibilidad de biomasa de plantaciones dendroenergéticas
Anexo 22. Erosión actual isla Huapi.CIREN, 2010.
Anexo 23. Valores de las variables ingresadas en Stella
Subsistema Variable Valor Unidad
Superficie total de bosque nativo 85 haSuperficie con restricciones 18,02 ha
Volumen consumo de leña por familia 8 m3/ha/año
Familias 100 n°
Volumen en pie / ha 215,171 m3
Volumen de crecimiento / ha 8 m3
Trabajo por cuadrilla anual 2880 m3
Criterio de extracción 0,25 %2. Biomasa disponible en plantaciones establecidas No cuantificadas Sin valor
Densidad promedio bosque nativo 473,5 kg/m3
Densidad plantaciones establecidas Sin valorConversión 0,6 kwh/kgEnergía generada 240.000 kwh-año
Crecimiento N. Dombeyi 2.2 m3/ha/año
Densidad N. Dombeyi 507 kg/m3
Poder calorífico superior 4452 kcal/kg
1. Biomasa disponible en bosque nativo
3. Potencial energético de bosque nativo y plantaciones establecidas
4.Biomasa disponible en plantaciones dendroenergéticas