Red colombiana de conocimiento en eficiencia energetica - Programa de …reciee.com/pdf/Publicacion RECIEE V7.pdf · 2018-11-08 · 6 Programa de consolidación de la Red Colombiana

Programa de consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, RECIEE.

2014-2018 Memorias y resultados

Programa de consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en

Eficiencia Energética, RECIEE.

2014-2018 Memorias y resultados

PROGRAMA DE CONSOLIDACÓN DE LA RED COLOMBIANA DE CONOCIMIENTO

EN EFICIENCIA ENERGÉTICA. 2014 – 2018. Memorias y resultados.

Documento desarrollado por la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, RECIEE

Este libro es resultado de investigación del Programa de Consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética RECIEE,

realizado con el apoyo financiero de Colciencias. La publicación recoge los resultados de 8

proyectos ejecutados por la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética RECIEE y las

actividades complementarias desarrolladas para la consolidación de la red.

Recopilación y Edición: David Bernardo Rojas Rodríguez, Kaory Danieal

Vanegas, Universidad Nacional de ColombiaYurley Paola Villabona Durán, Sergio Andrés Morales Restrepo, Universidad Industrial de

Santander

Diseño e ImpresiónPoligrama - poligrama.com

Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, RECIEE

Carrera 30 # 45-00 Ciudad Universitaria, of. 203b, Edificio 411 - Laboratorios de Ingeniería Eléctrica y

Mecánica | Bogotá, Colombia(+57)(1)3165000 Extensión:11145

www.reciee.com

Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética – RECIEEDirectorOmar Prias Caicedo

Profesores y grupos de investigación participantes del programa de consolidación

Universidad Nacional de Colombia• Omar Prias, Grupo de investigación en el sector

energético colombiano GRISEC, Sede Bogotá• Fabio Sierra, Grupo de Investigación en

Mecanismos de Desarrollo Limpio y Gestión Energética (MDL-GE), Sede Bogotá

• Javier Rosero, Electrical Machines & Drives (Em&D), Sede Bogotá

• Judith Rodríguez Salcedo, Grupo de Investigación en Eficiencia Energética y Energías Alternativas GEAL, Sede Palmira

Universidad Pontificia Bolivariana - UPB• Ana Cecilia Escudero, Cesar Isaza. Grupo de energía

y termodinámica.Universidad del Atlántico• Edgar Lora, Juan Carlos Campos, Marley Vanegas,

Guillermo Valencia. Grupo de Investigación en Gestión Eficiente de Energía, KAI.

Universidad Autónoma de Occidente• Enrique Quispe, Rosaura Castrillón, Ricardo Vidal.

Grupo de Investigación en Energías GIEN-UAOUniversidad de la Costa – CUC• Milén Balbis Morejón - Grupo de investigación en

optimización energética - GIOPEN - Universidad Autónoma del Caribe• Iván Rafael Tovar Ospino Universidad Industrial de Santander - UIS• Vyacheslav Kafarov - Centro de Investigación para el

Desarrollo Sostenible en Industria y Energía – CIDES.Universidad del Valle• Jairo Arcesio Palacios – Grupo de Investigación en

Conversión de Energía, Convergía

Contenido

Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, consolidación de una trayectoria con impacto social y productivo desde el conocimiento. 5

Implementación del Sistema de Gestión Integral de la Energía (SGIE) según estándar ISO 50001 9

Generación de modelos de planeación de la producción enfocados a la eficiencia energética 17

Diseño de una metodología para la gestión eco-eficiente de procesos de combustión 20

Estudio y caracterización de la combustión de los biocombustibles producidos con biomasa autóctona 24

Cogeneración a partir de la biomasa residual del procesamiento de palma africana 29

Gestión de Energía de Motores Eléctricos en Sistemas Eléctricos Industriales – GeMe 31

Implementación de un sistema de acondicionamiento de aire con energía solar usando un ciclo de refrigeración por absorción 34

Diseño, desarrollo y validación de un modelo de gestión para sistemas de climatización en edificaciones para el sector terciario 36

Consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética RECIEE 38

El programa estratégico para la Consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en Efi-ciencia Energética (RECIEE) se creó con el ob-jetivo de consolidar un trabajo en red de más de diez años en eficiencia, gestión energética y fuentes renovables, liderado por universidades colombianas bajo un modelo Universidad-Em-presa-Estado (UEE).

El trabajo en red de los grupos de investigación se fue consolidando en consonancia con los nuevos enfoques de la generación y uso de la energía a nivel mundial y con el desarrollo nor-mativo y de las políticas energéticas y de investi-gación, desarrollo e innovación en Colombia. Es así como, desde la ley 697 del 2001 hasta la ley 1715 del 2014, por iniciativa de Colciencias, las universidades y los investigadores desarrollaron proyectos en todos los ámbitos de la cadena del

Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, consolidación de una trayectoria con impacto social y productivo desde el conocimiento.

conocimiento, con la cofinanciación de entida-des y empresas del sector energético e industrial.

Fruto del trabajo realizado, entre 2014 y 2018, se desarrolló el programa de consolidación de la red RECIEE con un enfoque en la integración con la industria y con los diferentes actores y usuarios de energía, a través del desarrollo de ocho proyectos en áreas prioritarias de investi-gación en energía, así como la identificación de un agente integrador Universidad-Empresa-Es-tado (UEE) que permitiera la transferencia, sos-tenibilidad e impacto a nivel regional y nacional.

El componente principal del programa se cons-tituyó en ocho proyectos que abordaron pro-blemáticas energéticas con impacto en la cali-dad de vida de la población colombiana y en la productividad y competitividad de la industria. Los proyectos fueron liderados por nueve uni-

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Programa de consolidación de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética, RECIEE

versidades de la red RECIEE y once grupos de investigación, cubriendo las principales regiones del país y se enmarcaron en áreas de investigación priorizadas por el Programa Nacional de Investiga-ción en Energía y Minería de Colciencias según se muestra a continuación:

Línea de inves-tigación Proyecto Universidades Participantes

I. Diagnósticos Tecnológicos Integrales

Implementación SGIE según estándar ISO 50001 -fase de impacto y sostenibilidad de los SGE en el sector productivo.

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá y Sede PalmiraUniversidad del AtlánticoUniversidad Autónoma de OccidenteUniversidad del Valle

Generación de modelos de planeación de la pro-ducción enfocados a la eficiencia energética

Universidad Pontificia Boli-variana

Diseño de una metodología para la gestión eco-eficiente de procesos de combustión, caso de estudio: la industria de refinación de petróleo.

Universidad Industrial de Santander

II. Estudio y ca-racterización de la combustión de biocombusti-bles producidos con biomasa autóctona de Colombia.

Estudio y caracterización de la combustión de los biocombustibles producidos con biomasa autócto-na con el fin de aumentar la eco-eficiencia en los sistemas energéticos en los sectores residencial e industrial con énfasis en las zonas no interconec-tadas de Colombia.

Universidad Industrial de Santander

Cogeneración, a partir de la biomasa residual del procesamiento de palma africana para la empresa planta productora de aceite “ALIANZA ORIENTAL S.A.”, en el Departamento del Meta.

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

III. Estudio de uso de motores en la industria nacional.

Gestión de Energía de Motores Eléctricos en Sis-temas Eléctricos Industriales -GeMe

Universidad Nacional de Colombia Sede BogotáUniversidad Autónoma de Occidente

IV. Desarrollo e introducción de nuevas tecno-logías eficientes que permitan el suministro de frío en zonas apartadas

Implementación de un sistema de acondiciona-miento de aire con energía solar usando un ciclo de refrigeración por absorción

Universidad Pontificia Boli-variana

Diseño, desarrollo y validación de un modelo de gestión energética de sistema de climatización de edificaciones en el sector terciario de la región Caribe colombiana para la mejora de la eficiencia energética y la sostenibilidad

Universidad de la Costa CUCUniversidad Autónoma del Caribe

Tabla 1. Proyectos que hacen parte del programa de consolidación de la red RECIEE

La dinámica de trabajo utilizada permitió el intercambio constante de conocimiento y el contacto con diferentes actores de interés dentro del marco de acción de RECIEE. Como parte de esta es-trategia, se fortalecieron los elementos de comunicación incluyendo la página web y redes socia-les, los boletines informativos y la difusión las publicaciones y productos académicos, los cuales se mantienen disponibles en la página web de la red: www.reciee.com. Además, se fomentó la

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2014 - 2018 Memorias y resultados

participación en seminarios y eventos del sector energético nacional, la difusión de trabajos en eventos académicos nacionales e internacionales y la publicación de artículos y otros productos de conocimiento.

De manera complementaria, se desarrollaron tres misiones tecnológicas a países referentes en el establecimiento de modelos institucionales para la promoción de la eficiencia y gestión de la energía: México, Brasil y Alemania. Estas misiones permitieron identificar aspectos clave en el encadenamiento institucional para el fomento de la eficiencia y gestión de la energía, además de posicionar la red en el ámbito internacional y establecer contactos para el intercambio de conoci-miento y realización de proyectos.

Igualmente, en el marco del programa, se gestionaron iniciativas conjuntas con otros actores de interés que incluyen a la UPME, la ANDI, USAID, ANDESCO y ONUDI y se gestionaron relaciones permanentes con otras entidades como Colciencias y Cámaras de Comercio locales.

Como evento central de la Red, se retomó la realización del Congreso Internacional de Eficiencia y Gestión de la Energía (CIUREE). El CIUREE representó una de las actividades iniciales de RECIEE, del cual se desarrollaron cuatro versiones entre 2004 y 2010. A través del programa de consolida-ción de la red, se retomó este evento y se enfatizó su carácter como espacio de transferencia de conocimiento UEE. Bajo este planteamiento, se llevaron a cabo el V y VI CIUREE (Cartagena 2016 y Barranquilla 2018), contando con conferencistas internacionales, una amplia participación de los grupos de investigación de la red y participantes del sector industrial, gubernamental y gremios de apoyo.

Finalmente, para identificar el tipo de agente integrador, se realizó un modelo de gestión y trans-ferencia de conocimiento para la consolidación de una red Academia – Industria – Gobierno (AIG), aplicada a la Gestión Integral de la Energía, donde se encontró una experiencia formal de colabo-ración. El modelo propuesto se basa en la triple hélice, y sugiere que la red RECIEE fortalezca su papel integrador desde el conocimiento, al estimular el desarrollo de rasgos culturales cuya debi-lidad puede limitar la capacidad de integración con el sector productivo.

Para retroalimentar los resultados alcanzados y establecer estrategias de continuidad y sostenimien-to de la red, se estableció realizar jornadas científicas periódicas, enfatizando en la difusión de pro-ductos de conocimiento propios de la red. La primera de estas jornadas se desarrolló en la Universi-dad de la Costa (CUC), en 2017 como antesala para el VI CIUREE. Las jornadas científicas de la red se seguirán desarrollando de manera intercalada con los congresos CIUREE.

Con miras a abrir nuevas áreas de trabajo de la red, su modelo de funcionamiento se formalizó a través de un convenio marco firmado entre universidades pertenecientes al programa, con la posibilidad de vincular posteriormente nuevas universidades y otro tipo de organizaciones. De esta manera, actualmente se continua la realización de iniciativas conjuntas, orientadas al posi-cionamiento de RECIEE como un agente integrador de iniciativas de eficiencia energética. Es así como se han vinculado nuevas universidades, grupos de investigación y centros de desarrollo tec-nológico. En la siguiente ilustración se muestran las entidades que actualmente hacen parte de la red, bien sea como entidades fundadoras o vinculadas como parte del programa de consolidación.

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Ilustración 1. Miembros actuales de la red RECIEE

En las siguientes secciones se presentan los resúmenes de cada uno de los proyectos desarrolla-dos en el marco del programa y se profundiza en la descripción de algunos de los productos de conocimiento obtenidos en cada uno de ellos.

Los principales productos de investigación así como las memorias de los congresos CIUREE, bo-letines de la red RECIEE y otra información de interés puede ser consultada en la página web de la red: www.reciee.com. Adicionalmente, en la página se proporciona la información de contacto de los investigadores para los interesados en conocer en mayor profundidad los resultados y pro-ductos obtenidos.

1El proyecto Implementación SGIE según están-dar ISO 50001 – Fase de Impacto y Sosteni-bilidad de los SGIE en el Sector Productivo se configuró de forma transversal al Programa es-tratégico para la consolidación de la Red Colom-biana de Conocimiento en Eficiencia Energética (RECIEE). Su objetivo general fue desarrollar es-trategias y mecanismos para implementar el Sis-tema de Gestión de la Energía (SGE) en el sector productivo colombiano, con el fin de incremen-tar la eficiencia energética, la productividad y la competitividad de las industrias, teniendo como lineamiento la norma ISO 50001. También se propuso, realizar estudios y diagnósticos ener-géticos y tecnológicos de temas específicos re-lacionados con el consumo energético dentro de las industrias, las edificaciones y las aplicaciones de uso final de energía.

El diseño de cada una de estas actividades par-tió del aprendizaje del trabajo con industria en proyectos anteriores de la red, principalmente el programa para la difusión del Sistema de Gestión Integral de la Energía (SGIE) desarrollado entre 2010 y 2013.

La implementación del Sistema de Gestión de la Energía en las Industrias se abordó a través de dos etapas: decisión estratégica para la Imple-

Implementación del Sistema de Gestión Integral de la Energía (SGIE) según estándar ISO 50001

mentación de un SGIE e implementación de un SGIE bajo lineamientos ISO 50001.

La etapa de decisión estratégica tiene como ob-jetivo apoyar a la alta gerencia en la decisión de iniciar el proceso de implementación del SGE, para lo cual se desarrolla una caracterización energética inicial de la empresa y se valoran las capacidades técnicas y organizacionales para la implementación del sistema. La etapa se realizó en 50 empresas incluyendo industria y organiza-ciones de servicio como hospitales, hoteles y la armada nacional.La etapa de implementación se centra en la ins-talación de los elementos de planificación del SGEn (política, comité energético, línea base e indicadores de desempeño energético) y la crea-ción de un plan para cerrar las brechas frente a la implementación total del sistema, a la luz de los requisitos de la ISO 50001. La etapa se rea-lizó con 25 empresas que manifestaron su com-promiso para la implementación del sistema y habían concluido las actividades asociadas a la etapa de decisión estratégica. En el trabajo con industria participaron cinco universidades y seis grupos de investigación de la red RECIEE (Universidad Nacional de Co-lombia sede Bogotá - grupos GRISEC y GRIN,

Ejecutores: Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, Grupo GRISEC.

Coejecutores: Universidad del Atlántico, Grupo KAI. Universidad Autónoma de Occidente, Grupo GIEN. Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira, Grupo GEAL. Universidad del Valle, Grupo Convergia. Universidad Nacional de Colombia, Grupo GRIN-MDL.

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Universidad Nacional de Colombia sede Palmira - Grupo GEAL -, Universidad Autónoma de Occi-dente – Grupo GIEN, Universidad del Atlántico – Grupo KAI y Universidad del Valle – Grupo CON-VERGIA) que desarrollaron sus actividades bajo una metodología unificada. En el proceso partici-paron alrededor de 30 gestores energéticos (in-cluyendo profesionales y estudiantes de pregrado y maestría) dirigidos por docentes e investigado-res de los grupos de investigación de la red. Adicional al trabajo anterior, se realizó el acom-pañamiento en la implementación de sistemas de gestión mediante cursos de medición y mo-nitoreo, que cubrieron las principales necesida-des identificadas en las industrias colombianas en esta área. Los cursos abarcaron los aspectos de medición de energía eléctrica, energía térmi-ca y monitoreo de la información.

Los beneficiarios principales de esta actividad fueron industrias y empresas de servicio colom-bianas, a través de las cuáles se consolidó un grupo de interés para divulgar los modelos desa-rrollados dentro del programa, facilitar la imple-mentación del sistema de gestión de la energía y mejorar las prácticas operacionales. De igual ma-nera, se adaptaron las actividades del proyecto a las necesidades de la industria y los sectores que se incluyeron durante su ejecución.

Ilustración 2. Publicación de resultados de vigilancia tecno-lógica desarrollada en el marco del programa

De otra parte, se estructuraron una serie de ejercicios de vigilancia tecnológica sobre equi-pos de uso final de energía y de medición y re-

gistro de información en la industria, que per-mitieron dar soporte al SGIE. Los resultados de la vigilancia fueron agrupados en el libro Evolu-ción y tendencias tecnológicas en usos finales de energía y gestión tecnológica, donde se incluyen las herramientas de gestión de la energía, los grupos de investigación que siguieron el proceso y las tecnologías vigiladas (iluminación, moto-res eléctricos, calderas, entre otras). El libro se encuentra disponible en la página web de la red para su consulta por parte del público en general.

Transversal a este trabajo, la red participó en es-pacios con distintos actores de interés para la sen-sibilización sobre la importancia de la mejora del desempeño energético y la difusión de la cultura organizacional en el sector productivo. Adicional-mente, en el marco del V CIUREE, realizado en Cartagena de Indias en el 2016, se realizó la pri-mera reunión de expertos trabajando en la imple-mentación de la ISO 50001 para Latinoamérica. La red RECIEE también tuvo participación conti-nua en las sesiones del Comité Técnico Nacional en Sistemas de Gestión de la Energía (CTN 228) espejo del comité ISO encargado del desarrollo de normas de la familia ISO 50001. El comité es coordinado por ICONTEC y actualmente es presi-dido por el director de la Red RECIEE. Otros espa-cios de participación de la red incluyeron la mesa interinstitucional en eficiencia energética (convo-cada por la Asociación Nacional de Empresarios, ANDI y la Unidad de Planeación Minero Energé-tica, UPME) y el Cluster de Energía Eléctrica de la Cámara de Comercio de Bogotá.

Como complemento a las actividades realiza-das, el proyecto alineó esfuerzos con la inicia-tiva EEI Colombia liderada por la Organización para el Desarrollo Industrial de las Naciones Unidas (ONUDI) y coordinada por la Unidad de Planeación Minero Energética UPME. Esta ini-ciativa corresponde a un programa internacio-nal que ONUDI ha adelantado en 25 países y que se inició en el país entre ONUDI y el gobier-no colombiano, bajo la mediación de RECIEE. La Red estuvo encargada de realizar el segundo componente del programa, el cual correspondía a la ampliación del programa SGIE a las regio-nes de Norte de Santander, Santander, Boyacá y el Eje Cafetero. La ejecución de estas activi-dades permitió difundir los Sistemas de Gestión

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de la Energía en 60 nuevas empresas y vincular universidades de las regiones cubiertas a la Red RECIEE, fortaleciendo además sus capacidades en el área de eficiencia y gestión energética.

Cubrimiento e impacto del Sistema de Gestión Integral de la Energía – SGIE en la industria y

sector serviciosEl Sistema de Gestión Integral de la Energía (SGIE), desarrollado en 2007 por la Red RECIEE, representó la primera aproximación nacional de un enfoque sistemático para integrar los aspec-tos energéticos de una empresa con sus capa-cidades organizacionales. Entre 2007 y 2013 el SGIE fue alineado con la norma ISO 50001 (ex-pedida en 2011) y difundido en alrededor de 50 empresas colombianas mediante el Programa Estratégico Nacional SGIE.

El programa de consolidación de la red RECIEE continuó este trabajo vinculando nuevas orga-nizaciones y alineando sus objetivos con el pro-grama EEI-Colombia liderado por ONUDI y la UPME para ampliar el número de regiones y em-presas atendidas. A través del trabajo conjunto hoy se cuenta con un total de 160 empresas sobre las que se ha realizado asesoría directa orientada a la implementación de sistemas de

gestión de la energía. Además, la metodología SGIE se ha enriquecido con los aportes del pro-grama de eficiencia energética de ONUDI, el cual tiene un impacto mundial en la promoción de sistemas de gestión de la energía y ha reali-zado aportes fundamentales en el desarrollo de la norma ISO 50001.

La distribución de la totalidad de empresas bene-ficiarias de los proyectos mencionados se mues-tra en el siguiente gráfico. El trabajo continuo de la red permite contar con un completo grupo de empresas e instituciones que abarca una gran parte del territorio colombiano (comprendiendo los departamentos de Antioquia, Atlántico, Bo-lívar, Boyacá, Cauca, Caldas, Córdoba, Cundina-marca, Santander, Norte de Santander, Magdale-na, Meta, Risaralda, Quindio y Valle del Cauca) y cubre una muestra representativa de los secto-res intensivos en consumo de energía.

El proyecto de implementación de sistemas de gestión integral de la energía realizado dentro del programa de consolidación de la Red aportó un total de 52 organizaciones a este proceso. Los sectores abordados son ilustrados en la si-guiente gráfica, donde se resalta la participa-ción de organizaciones de servicios (hoteles, hospitales, universidades e instalaciones de la armada nacional) que no habían sido contem-plados en iniciativas anteriores.

Figura 1. Sectores de las organizaciones asesoradas en proyectos de gestión de la energía ejecutados por la red.

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El trabajo con este tipo de organizaciones permitió abordar nuevos enfoques metodológicos des-tinados a la implementación de sistemas de gestión de la energía en el sector servicios y la ali-neación de los mismos hacia objetivos de sostenibilidad energética. Tal es el caso de la red global de hospitales verdes, la cual tiene como objetivo principal la reducción de su huella ecológica y la promoción de la salud ambiental pública. En este sentido, el aporte que un sistema de gestión proporciona hacia la implementación de indicadores de desempeño energético y la integración eficiente de energías renovables resulta importante en la medida en que amplía el espectro de oportunidades hacia una gestión no solo ambiental, sino del conjunto de los energéticos involu-crados en la operación de una institución hospitalaria.

Figura 2. Sectores de las organizaciones beneficiarias del programa de consolidación de la red RECIEE.

En cada una de las organizaciones con la que se trabajó, se realizó una identificación de oportu-nidades de mejora del desempeño energético. Estas fueron agrupadas en 13 categorías según el uso final asociado y en subcategorías menores según el tipo de acción, como se describe a conti-nuación:

Aire Acondicionado Proceso industrialAutomatización y control Auditorias energéticasBuenas prácticas operacionales Automatización y control

Cambio de equipos Buenas prácticas operacionalesOptimización del proceso Capacitación del personalAire comprimido Control operacionalAprovechamiento energético Desarrollo de softwareAuditorias energéticas MantenimientoAutomatización y control Mitigar fugasBuenas prácticas operacionales Planificación del proceso productivoCambio de equipos Diseño del proceso productivoControl operacional Documentación e implementación de SGEnMantenimiento Medición y seguimientoMitigar fugas de presión VentilaciónOptimización del proceso Automatización y control

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Diseño del proceso productivo Buenas prácticas operacionalesMedición y seguimiento Cambio de equiposHornos Control operacionalAislamiento térmico Mitigar fugasAprovechamiento energético Calderas y sistemas de vaporAutomatización y control Aislamiento térmicoBuenas prácticas operacionales Aprovechamiento energéticoCambio de equipos Automatización y controlControl operacional Buenas prácticas operacionalesMedición y seguimiento Cambio de equiposIluminación Control operacionalAprovechamiento de luz natural Generación de energía eléctricaAutomatización y control MantenimientoBuenas prácticas operacionales Mitigar fugas de vaporCambio de equipos Optimización del procesoCapacitación del personal Medición y seguimientoControl operacional Refrigeración y enfriamientoMantenimiento Aislamiento térmicoModernizar luminarias Aprovechamiento energéticoDiseño del sistema de iluminación Auditorias energéticasInstalación eléctrica Automatización y controlCalidad de la energía Buenas prácticas operacionalesControl operacional Cambio de equiposMantenimiento Control operacionalMedición y seguimiento MantenimientoMotores eléctricos Optimización del procesoAutomatización y control Medición y seguimientoBuenas prácticas operacionales BombeoCambio de equipos Automatización y controlControl operacional Buenas prácticas operacionalesMantenimiento Cambio de equiposOtros equipos Control operacionalAislamiento térmico MantenimientoAutomatización y control Diseño del proceso productivoBuenas prácticas operacionales Medición y seguimientoCambio de equipos Fuentes no convencionales de energíaControl operacional Aprovechamiento energéticoMantenimiento Generación de energía eléctricaMitigar fugasDiseño del proceso productivo

Tabla 2. Clasificación de oportunidades identificadas en organizaciones beneficiarias.

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Las oportunidades de mayor aparición son las relacionadas con el proceso industrial en su conjun-to (es decir, sin centrarse en un equipo o uso final específico). Dentro de esta categoría, las opor-tunidades más comunes se asocian a necesidades de medición u organización de la información dentro del proceso (27 recomendaciones) y a la planificación del proceso productivo, teniendo en cuenta criterios de eficiencia energética (24 recomendaciones). Estos aspectos se asocian direc-tamente con oportunidades que pueden potenciarse desde un sistema de gestión de la energía.

Es importante destacar que el proceso de aprobación de la metodología de gestión energética se ha evidenciado en cada una de las empresas beneficiarias del proyecto, lo que redunda en el entendimiento organizacional de los procesos de eficiencia energética, involucrando todos los as-pectos que se asocian al funcionamiento de una empresa en cualquier sector productivo del país.

Desarrollo de nuevos modelos para la mejora del desempeño energético desde el control operacional

La eficiencia instantánea de los usos significativos de energía de las empresas, medida en condi-ciones estacionarias, no tiene en cuenta el impacto de la variabilidad operacional y de la gestión del mantenimiento sobre el uso de la energía. La eficiencia estacional, medida a lo largo de una campaña de trabajo de los equipos y procesos, toma en cuenta las condiciones variables de la demanda y del estado técnico en el consumo de energía. Las diferencias entre la eficiencia ins-tantánea y la eficiencia estacional pueden llegar a ser de entre 10 y 15 puntos. Estos conceptos se han incorporado en la comercialización de equipos de climatización en Europa, sin embargo, su aplicación a otro tipo de equipos puede generar cambios metodológicos en la forma de abordar y cuantificar beneficios de proyectos eficiencia energética.

Figura 3. Oportunidades de mejora identificadas en las organizaciones beneficiarias (frecuencia de aparición)

Figura 4. Oportunidades de mejora relacionadas con el pro-ceso industrial en su generali-dad (frecuencia de aparición)

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La importancia de elevar la eficiencia estacional de los usos significativos de energía de la industria radica en que esta define realmente el costo energético que paga la empresa, pues los equipos no trabajan en estado estacionario, sino en su mayoría con una alta variabilidad de los parámetros operacionales y la gestión del mantenimiento de los mismos. Sin embargo, no se conocen meto-dologías específicas diseñadas para elevar y monitorear la eficiencia estacional de los equipos y sistemas. Lo que se hace hoy, es tratar de elevar la eficiencia estacionaria comparando su estado, con el estado de diseño y determinando medidas tecnológicas que permitan acercar el equipo a las eficiencias de diseño en forma estacionaria.

Como parte del proyecto de implementación del SGIE bajo lineamientos ISO 50001, la Universi-dad del Atlántico desarrolló una metodología para implementar un control operacional, como una de las estrategias para incrementar la eficiencia energética estacional de los usos significativos de energía en las empresas. Para elevar la eficiencia estacional se requiere reducir la variabilidad operacional y de la gestión del mantenimiento, lo cual se logra con el control operacional del des-empeño energético.

En los trabajos académicos desarrollados dentro del programa se presentan los modelos y herra-mientas para implementar una metodología efectiva para elevar la eficiencia estacional y reducir el consumo, los costos de energía y su impacto ambiental asociado. La metodología fue aplicada con éxito en diferentes equipos y sistemas como: sistema de compresión de propileno, hornos de destilación atmosférica de refinería de petróleo y sistemas de bombeo de crudo, los cuales mos-traron los resultados esperados en el modelo.

Cursos de medición y monitoreoLa Red RECIEE, a través de su trabajo y contacto con industria y actores de interés, ha identificado necesidades de fortalecimiento orientadas al mejor uso de la energía. Entre ellas, destaca la im-portancia de consolidar capacidades de medición y monitoreo, apropiadas a la realidad de los usos finales de la energía en la industria colombiana. Para atender a esta preocupación, se estructuró un programa de cursos de medición orientados a los principales usos finales de energía en la in-dustria. En total se desarrollaron cinco cursos de diferentes temáticas en distintos lugares del país. Con el conocimiento obtenido se espera consolidar una oferta permanente e integral en medición y monitoreo, que permita replicar continuamente la iniciativa atendiendo nuevas industrias.

Los cursos se estructuraron según las necesidades identificadas en la industria y fueron dictados por universidades de la red según las principales áreas de especialización y experiencia de cada una de ellas de la siguiente manera:

Fecha de realización Nombre del curso Universidad donde se realizó

25/01/2018 Medición inteligente para gestión de la energía Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá

14/12/2017 Auditorías energéticas Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá

12/11/2017 Medición en motores eléctricos Universidad Autónoma de Occidente

15/12/2017 Medición en producción de vapor - calderas Universidad del Atlántico

12/11/2017 Medición en producción de frio - refrigeración y aire acondicionado Universidad Pontificia Bolivariana

Tabla 3. Nombre y fecha de realización de los cursos de medición y monitoreo.

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Los cursos se agruparon en módulos de ocho horas y contaron con un total de 135 asistentes, pertenecientes mayoritariamente al sector pro-ductivo. La convocatoria de los cursos se centró en industrias beneficiarias del proyecto sin em-bargo se incluyeron empresas adicionales con-vocadas a través de otras entidades del sector, como la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI) y la Aso-ciación Nacional de Empresarios de Colombia (ANDI), seccional Barranquilla.

Los temas cubiertos abarcaron tanto conceptos teóricos (principios técnicos de los equipos de uso final de energía, métodos de valoración de la eficiencia, requerimientos de medición etc.),

como prácticas en laboratorios (en calderas, re-frigeración y motores) y revisión de modelos de implementación exitosos. Además, el diseño de los cursos buscó la integración de las temáticas abordadas con prácticas de gestión de la ener-gía en los procesos productivos de las indus-trias. De esta manera, en cada uno de los cursos se abordaron temáticas de gestión de la energía y se incluyó un módulo de difusión de los mo-delos de producción con criterios de eficiencia energética desarrollados por la Universidad Pontificia Bolivariana en el marco del programa. Los programas curriculares de los cursos están siendo revisados por la Red RECIEE para invo-lucrarlos en ofertas de educación permanente, bien sea en modalidad virtual o presencial.

Ilustración 3. Fotografías de los cursos de medición y monitoreo desarrollados en el marco del proyecto

El proyecto de generación de modelos de pla-neación de la producción enfocados a la efi-ciencia energética buscó desarrollar y aplicar en el sector productivo modelos novedosos de planeación de la producción enfocados en el incremento de la eficiencia energética, para aumentar la productividad y competitividad de la región.

El proyecto presentó un importante reto al abordar un concepto poco estudiado en la li-teratura. El desarrollo comprendió una fase de búsqueda bibliográfica y la participación en el Congreso sobre eficiencia energética IETC 2015 en Estados Unidos, para identificar re-ferentes teóricos para abordar el problema. Complementariamente, se realizó una vigilancia tecnológica de los modelos de planeación de la producción, con énfasis en aquellos que poseen criterios multi-objetivo.

A través de este proceso, se evidenció la alta implementación que han tenido los algoritmos meta-heurísticos para resolver problemas de tipo multi-objetivo y por tanto se propuso la implementación de un modelo de optimización genético en el cual se utilizan métodos de mu-

tación, cruce y selección basados en comporta-miento evolutivo, para obtener poblaciones de soluciones posibles y llegar a un resultado me-jorado a lo largo de varias generaciones. Esto complementado con la experiencia de varios años de trabajo de los grupos de investigación con el sector productivo en Colombia, permitió establecer las variables a incluir en los modelos y su parametrización.

El algoritmo se implementó para dos tipos de modelo1:

• Modelo flow shop: éste tipo de modelo tra-ta un ambiente de trabajo en el cual se en-cuentran varias máquinas en serie, en las cuales los trabajos se deben desarrollar de manera consecutiva, todos los trabajos pa-san por todas las máquinas, se mantiene la secuencia y tienen una restricción de pro-cesamiento según las reglas PEPS (primero en entrar, primero en salir) (Pinedo, 2012).

• Modelo job shop: éste modelo consiste en un ambiente de trabajo con diferentes má-

1 Definiciones tomadas de Pinedo, M. L. (2012). Scheduling : Theory, Algorithms, and Systems (4th ed.). Boston: Springer eBooks

2 Generación de modelos de planeación de la producción enfocados a la eficiencia energética

Ejecutor: Universidad Pontificia Bolivariana. Grupo de energía y termodinámica

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quinas, las cuales pueden procesar diferen-tes tipos de trabajos. Cada orden de trabajo tiene su propia ruta a través de las máqui-nas y no tiene que ser procesada por todas ellas. En éste modelo no hay restricción de procesamiento, por lo cual cada máquina puede empezar por cualquier orden de tra-bajo programada (Pinedo, 2012).

La metodología establecida, así como los re-sultados de la validación empírica simulada, se sintetizan en la tesis de maestría “Uso de Algo-ritmos Genéticos para el logro de la eficiencia energética en plantas de manufactura bajo un enfoque de Programación de Operaciones” del estudiante de la UPB Pablo Vallejos y en otras publicaciones realizadas.

En el desarrollo del proyecto se evaluaron las opciones de software disponibles para elaborar el modelo y se encontró más beneficioso dise-ñar un nuevo software, debido a que se puede crear una interfaz que se acomode a las necesi-dades de los usuarios. De esta manera, el equi-po de trabajo del proyecto perteneciente a la Universidad Pontificia Bolivariana, desarrolló el aplicativo Energy Aware Production Sheduling Software EAPSS, aplicable a los modelos flow shop y job shop.

Los resultados obtenidos en la fase de investiga-ción y desarrollo fueron divulgados en el sector empresarial en las ciudades de Medellín, Bogo-tá, Bucaramanga, Cartagena y Barranquilla. De igual manera se realizó divulgación académica de los modelos en la primera Jornada Cientí-fica de la Red RECIEE, en el V CIUREE (a tra-

Ilustración 4. Software EAPSS de-sarrollado por la Universidad Pon-tificia Bolivariana en el marco del proyecto.

vés del artículo Programación de la producción enfocada a eficiencia energética de ambientes de trabajo tipo Flow Shop usando un algoritmo genético) y en el Congreso Internacional ICPR 2016 con la ponencia ‘Energy oriented Jb Shop Scheduling Problem base don Multi-objective Genetic Algotithm’. De igual manera, se realizó la invitación a las empresas interesadas para ha-cer uso del software, tomando en cuenta que los modelos deben adecuarse a las condicio-nes específicas de cada caso. Dentro de la va-lidación, los empresarios recomendaron incluir indicadores de costos en valores monetarios, adicional a las unidades energéticas y realizaron otro tipo de retroalimentaciones para continuar en la mejora del producto obtenido.

Los resultados de las secuencias de trabajo usando los modelos, muestran una considera-ble reducción en el consumo de energía com-parado con las secuencias no optimizadas. El obtener un perfil de demanda energética sua-vizado representa la posibilidad de disminuir la sobrecarga de las unidades de conversión ener-gética (motores, calderas, etc) mejorando su vida útil y reduciendo la intermitencia. La fun-ción de sexto grado propuesta para el objetivo de eficiencia energética constituye un aporte importante que permite articular el consumo de energía primaria en las unidades de conversión energética en función de la velocidad de pro-ceso, los tiempos muertos y el makespan. Esta correlación entre los sistemas de producción y las unidades de conversión energética puede ser de gran importancia para el desarrollo de sistemas de manufactura sostenibles.

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Figura 5. Resultados obtenidos en la validación del software en empresas.

La combustión ha sido uno de los procesos cla-ves para el desarrollo de la humanidad, debido a su alto impacto como mecanismo de transfor-mación de los portadores energéticos prima-rios. Mediante la combustión se libera la ener-gía química almacenada en los combustibles en forma de calor, lo cual permite su utilización en diversos procesos domésticos e industriales. Actualmente la humanidad enfrenta la incerti-dumbre del agotamiento de los combustibles fósiles, principalmente el petróleo y el gas natu-ral, lo que sumado al impacto ambiental por la generación de emisiones de dióxido de carbono y su incidencia en el efecto invernadero, ha im-pulsado investigaciones sobre el uso eficiente de los combustibles y el desarrollo tecnológi-co asociado a la eco-eficiencia en procesos de combustión.

En las refinerías de petróleo la combustión es un mecanismo de transformación de energía a través de equipos industriales (hornos, calderas etc.), algunos de los cuales utilizan gas natural como combustible. En estos procesos se gene-ran diversas mezclas de gases residuales también llamados gases de refinería (GR), que son usados a medida que se producen debido a su costo de

almacenamiento2. Estas mezclas de gases consti-tuyen una fuente de ahorro de gas natural, con el cual se mezclan, o se utilizan directamente en los equipos, especialmente en los hornos, los cuales son considerados un equipo clave en las refine-rías, ya que suministran el calor necesario para llevar a cabo diversos procesos tales como: des-tilación, hidrocraqueo, separación, entre otros3. La composición del GR no es homogénea y va-ría dependiendo de la corriente de proceso de la cual provenga, normalmente con altos con-tenidos de metano, hidrógeno, etano, etileno, propano y propileno. Estas variaciones alteran el poder calorífico del GR, presentando cam-bios en un rango de entre 800-2500 BTU/pie3 (Cala, Meriño, Kafarov y Saavedra, 2013) que obligan a manipular el flujo de combustible que alimenta al horno para controlar la carga de calor suministrada al equipo.

En atención a esta problemática, se diseñó el proyecto Diseño de una metodología para la ges-2 CALA PARRA, OM. (2014). Determinación de un índice de efi-ciencia energética para los procesos de combustión de mezcla de gases en refinería (Tesis de Maestría en Ingeniería Química). Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia3 MERIÑO STAND, LI. (2015). Diseño de una metodología para lograr una combustión eco-eficiente y segura de mezclas de ga-ses (Tesis de Doctorado en Ingeniería Química). Universidad In-dustrial de Santander, Bucaramanga

3Diseño de una metodología para la

gestión eco-eficiente de procesos de combustiónEjecutor: Universidad Industrial de Santander. Centro de Investigación

para el Desarrollo Sostenible en Industria y Energía - CIDES

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tión ecoeficiente de procesos de combustión, caso de estudio: la industria de refinación del petróleo, con el fin de desarrollar procedimientos y señalar algunas observaciones para aumentar la eficien-cia en los procesos de combustión.

El proyecto tuvo como objetivo general diseñar una metodología para la gestión ecoeficien-te de procesos de combustión, donde fuera posible utilizar mezclas entre gas natural y ga-ses gastados de otros procesos de la refinería, considerando aspectos de intercambiabilidad, ambientales y de seguridad. El resultado fue un proceso de combustión más eficiente y con emisiones controladas. En la evaluación de la desviación de productos intermedios a la red de combustible, se planteó un modelo para la descripción del comportamiento fisicoquími-co del proceso de combustión en la refinería, a partir del diseño experimental de un horno de laboratorio. En el modelo, se evaluó la eficiencia energética del proceso de combustión median-te el análisis del comportamiento de las mezclas combustibles de cuatro compuestos probables, obtenidos en un estudio estadístico de las cro-matografías históricas de la refinería.

Los resultados de la evaluación evidenciaron que la presencia de hidrocarburos de alto peso molecular en el gas de refinería (GR) aumenta las emisiones de CO2, la temperatura adiabática de llama, las emisiones de NOx, y favorece los mecanismos de falla por corrosión a alta tem-peratura. Por otra parte, las mezclas combusti-bles evaluadas presentaron una variabilidad en la eficiencia respecto al gas natural, que dismi-nuye con el aumento de hidrógeno en la con-centración. A partir del análisis estadístico de datos históricos y la simulación computacional, se confirmó que se puede mantener una mezcla eficiente y constante y se estableció un inter-valo de poder calorífico y emisiones de conta-minantes. Con esto, se diseñó la logística para el aprovechamiento de gases de refinería como combustibles, en una cámara de combustión instrumentada de laboratorio.

En el estudio del daño corrosivo sufrido en la metalúrgica de los hornos a altas temperatu-ras, se encontró que al cambiar el acero de los hornos por aceros cercanos al comportamien-to inoxidable o, en su defecto, aleaciones con

contenidos de cromo superior al 5% existe una mayor resistencia a la corrosión, dados los com-puestos presentes en las mezclas de los gases y su reacción abrasiva.

Finalmente, en el proyecto se determinó un ín-dice de ecoeficiencia que integra los aspectos energéticos ambientales y de integridad de equi-pos. Como resultado, se logró obtener mezclas de gases como fuente de energía para el proceso de combustión, a razón del aumento de emisiones. Adicionalmente, el proyecto permitió el desarro-llo de una tesis doctoral del diseño de una meto-dología para lograr una combustión ecoeficiente y segura de mezclas de gases, tres tesis de maes-tría y tres trabajos de grado, así como la publica-ción de 4 artículos científicos y la participación en 10 ponencias nacionales e internacionales.

Evaluación de los productos intermedios a la red combustible y

mezclas modelo.

De acuerdo con el trabajo realizado por Cala et al, la evaluación de productos en la red com-bustible consistió en la selección de los compo-nentes presentes en el gas de refinería, para ello revisaron datos históricos de aproximadamente 150 cromatografías pertenecientes a corrien-tes de GR provenientes de distintas unidades de la refinería de Barrancabermeja. Luego de la revisión de históricos se encontraron 16 com-puestos (metano, etano, propano, n-butano, I-butano, I-pentano, etileno, propileno, butile-no, acetileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno, Hidrógeno y H2S) presentes en el GR. Para obtener una mezcla re-presentativa del GR, se procedió a disminuir el número de componentes utilizando como base el poder calorífico inferior (PCI) y se realizó un análisis estadístico de las cromatografías histó-ricas. Los resultados estadísticos permitieron descartar algunos componentes del GR (I-pen-tano, butileno, acetileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno) de las mezclas a evaluar. Finalmente se obtuvieron 4 mezclas representativas del GR (C1, C2, C3 y C4) y una de GN, que abarcan los rangos de composición que se presentan en una refinería y se muestran en la Tabla 4.

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Gas GN (%) C1(%) C2(% ) C3(%) C4(%)

CH4 97 55 70 25 35C2H6 1 10 0 8 3C3H8 1 0 16 25 35C4H10 0 4 5 10 12C2H4 0,5 5 3 10 7C3H6 0,5 2 0 5 8H2S 0 4 1 2 0H2 0 20 5 15 0

Poder Calorífico Inferior (BTU/ft3) 913 955 1200 1530 1800

Tabla 4. Composición y poder calorífico inferior de las mezclas modelo obtenidas.

Con base en estas mezclas modelo fue posible obtener el índice de ecoeficiencia y el análisis de integridad de equipos, que son los resultados más representativos del proyecto en general.

Índice de ecoeficienciaDe acuerdo con la metodología desarrollada4, se implementó el método de inferencia difusa de Mamdani y el software MATLAB para obtener el índice de eco-eficiencia, numérico y lingüístico de fácil comprensión basado en las relaciones de emisiones, temperatura y eficiencia energética.

Los componentes del modelo y su estructura fueron programados mediante la herramienta fuzzy logic del software Matlab. En términos generales, en la inferencia difusa se toman una serie de va-lores de entrada, los cuales, al ser analizados en conjunto mediante reglas definidas, permiten cal-cular una salida numérica. La siguiente figura muestra la estructura general del modelo aplicado.

La defuzzificación se realiza mediante el método de centroide, el cual es aplicado al modelo me-diante la siguiente fórmula:

Ecuación 1

En esta ecuación, los valores de F(x) y x, son los resultados particulares de eco-eficiencia asociados a cada variable (Eficiencia energética, emisiones, temperatura) y su cálculo se realiza automática-mente en Matlab.

Integridad de equipos durante el uso de las mezclasLas mezclas de gas natural con gases de refinería generalmente no son intercambiables, estas mez-clas generan ineficiencias en la combustión, e impacto negativo en la integridad de los equipos. El 4 CALA PARRA, OM. (2014). Determinación de un índice de eficiencia energética para los procesos de combustión de mezcla de ga-ses en refinería (Tesis de Maestría en Ingeniería Química). Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia.

Figura 6. Estructu-ra del modelo apli-cado para la obten-ción del indicador de ecoeficiencia

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gas de referencia para el funcionamiento de los equipos es el gas natural por eso la evaluación de las características de las mezclas que conforman la red combustible permite encontrar intervalos de composición para las mezclas y predecir los impactos que se generan sobre estos equipos.

A partir de las cuatro mezclas representativas obtenidas en la tabla 1 se escogió la mezcla C1, teniendo en cuenta los factores de intercambiabilidad que permiten su uso como sustituta del gas natural en la industria petroquímica y el acero ASTM A335 P92, material ampliamente utilizado en la industria petroquímica en equipos como hornos, intercambiadores, entre otros (Dario Yesid Peña B., Hugo Estupiñán D, José Chacón Nava, Danaies Infanzon, 2014).

Mediante una simulación en el software HYSYS 8.0 que usó un exceso de aire del 10% reportado en los hornos de la refinería de Barrancabermeja, se obtuvieron los gases teóricos de combustión, extrayendo de estos los componentes oxígeno, nitrógeno y vapor de agua. De esta forma se esta-blecieron las condiciones de operación para la experimentación, la cual se llevó a cabo siguiendo la norma JIS Z 2281-1993 “Test method for continuous oxidation test at elevated temperatures for metallic materials” (“JIS Z 2281:1993,” 1993).

A través del estudio fue posible evaluar los cambios micro estructurales presentados en el material después de la exposición al ambiente corrosivo. Se observó que el acero mantiene una microestruc-tura similar a la de su estado inicial, sin embargo, se evidencia la aparición de carburos que se disuel-ven y se precipitan en forma de cementita en los bordes de las agujas de martensita en las zonas más oscuras debido al contenido de elementos aleantes tales como el molibdeno, vanadio y cromo. Para la temperatura de 650°C se observan agujas de martensita más definidas en forma de listones, pero a la temperatura de 750°C la estructura martensítica cambia a una ferrítica por causa del efecto de la temperatura y del cromo que actúa como estabilizador de la matriz (Mayorga & Rueda, 2017)

Ilustración 5. Imágenes SEM tomadas de la sección transversal a) 750°C a 50 horas. b) 650°C a 100 horas

Por medio de la técnica de caracterización de microscopia electrónica de barrido (SEM), Se pudo apreciar el deterioro que sufrió el material al estar sometido a la temperatura de trabajo de 750°C y 500 h de exposición, donde se presentaron grietas y macrogrietas, además de observarse dos capas con alto grado de porosidad y muy baja adhesión. En contraste, a la temperatura de trabajo de 650°C y 100 horas de exposición se observa un buen comportamiento, formación de tres ca-pas, donde la capa interna posee muy buena homogeneidad permitiendo un carácter protector.

La ley 855 de 2003 define las Zonas no Interco-nectadas (ZNI) como municipios, corregimien-tos, localidades y caseríos no conectados al Sis-tema Interconectado Nacional (SIN). Dadas sus características geográficas y naturales, las ZNI son lugares de difícil acceso y por ello presentan variabilidad en el suministro de energía eléctri-ca, llegando incluso a carecer del servicio. En contraste, la mayor parte de estas zonas coinci-den con reservas de biodiversidad para el país, por lo que cuentan con ventajas comparativas en la producción de biomasa con potencial de ser usada para mitigar la demanda energética5

Atendiendo a este contexto, en el marco del programa de consolidación de la Red RECIEE la Universidad Industrial de Santander ejecu-tó un proyecto para estudiar y caracterizar la combustión de biocombustibles producidos con biomasa autóctona con el fin de aumentar la eco-eficiencia en los sistemas energéticos en 5 Comisión de Regulación de Energía y Gas –CREG. (2014). Propuesta para remunerar la generación, distribución y comer-cialización de Energía Eléctrica en las ZNI. Amaya, B., Becerra, S., & Acevedo, P. (2008). Natalia Esteve Gómez, & Comisión de Regulación de Energía y Gas –CREG. (2011). Energización de las zonas no interconectadas a partir de las energías renovables so-lar y eólica. Pontificia Universidad Javeriana.

4Estudio y

caracterización de la combustión de

los biocombustibles producidos con biomasa

autóctonaEjecutor: Universidad Industrial de Santander. Centro de Investigación

para el Desarrollo Sostenible en Industria y Energía – CIDES

los sectores residencial e industrial con énfasis en las zonas no interconectadas de Colombia.

La primera etapa del proyecto consistió en la realización del inventario de biomasa autóc-tona disponible para ser transformada en bio-combustibles fósiles. El estudio mostró que en los departamentos de Caquetá, Chocó, Meta y Putumayo, los cultivos que tienen mayor canti-dad de residuos orgánicos, alta demanda ener-gética, y los de mayor área cosechada son el de plátano en Chocó (15.330 ha), Caquetá (10.320 ha), y el de maíz en Chocó (10.904 ha).

Con los resultados obtenidos, se seleccionaron cuatro tipos de biomasa sólida apropiados para el reemplazo completo de combustibles no re-novables en procesos industriales o para su uso en combustión combinada. Paralelamente, se realizó la selección de cuatro tipos de biomasa promisoria para el uso en la generación de ener-gía en zonas no interconectadas. Los cuatro Re-siduos Agrícolas de Cosecha (RAC) que presen-taron el mayor potencial energético, fueron: el vástago de plátano del Chocó (326,71 TJ/año), el rastrojo de maíz del Meta (175,46 TJ/año), las

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hojas de plátano del Chocó (101,16 TJ/año) y el rastrojo de maíz de Caquetá (81,64 TJ/año).

Posteriormente, se estudió y se efectuó la selec-ción de los métodos óptimos de compactación de biomasa preseleccionada, y se seleccionaron peletizadoras y briqueteadoras para desarrollar el diseño preliminar y conceptual, tomando en cuenta los requerimientos de operación y nor-mativos (NTC 2060, UNE-CEN/TS 14961:2007 EX, CTI R04/06). De esta manera, se elaboró el estudio de la combustión de biomasa compac-tada para el reemplazo completo de combusti-bles no renovables o en combustión combinada y evolución de la eficiencia energética.

Con base en un análisis cuantitativo soportado en literatura relacionada y datos obtenidos de distintas entidades gubernamentales, se simuló el proceso de combustión cumpliendo con los requisitos de forma de compactación, funciona-miento de la caldera y relación aire/combustible, evaluando la cantidad de emisiones durante el proceso. Con la información obtenida en la revi-sión bibliográfica de los estudios de combustión de la biomasa peletizada, se planteó una me-todología de Análisis de Ciclo de Vida para los procesos de combustión, que puede usarse para desarrollar una propuesta de mejoramiento del proceso sujetándose a la problemática energéti-ca de las zonas no interconectadas. La metodo-logía consiste en la identificación del poder caló-rico de la biomasa, el estudio de la eficiencia del transporte de la biomasa desde la recolección hasta el proceso de combustión y el estudio del aprovechamiento de la transferencia de energía en la producción de la energía eléctrica.

Finalmente, se concluyó que las ZNI requieren una producción de pequeña escala. Por esto, se eligió la tecnología de combustión de lecho fijo, que opera con un alto contenido de humedad y con altos excesos de oxígeno. Además, se reali-zaron las recomendaciones pertinentes para la implementación de biocombustibles produci-dos a partir de la biomasa autóctona de Colom-bia en el sector industrial, domestico residencial y en zonas no interconectadas.

Los resultados adicionales del proyecto inclu-yeron la formación académica a través de cinco tesis de grado para optar al título de ingeniero

químico, dos tesis de maestría, una tesis de doc-torado, la publicación de tres artículos científi-cos, la participación en cuatro ponencias inter-nacionales y dos posters en evento internacional.

Selección de tipos de biomasa sólida apropiados para su

uso como fuente de energía renovable.

Para la selección de los tipos de biomasa agrí-cola que podrían ser usados como fuente de energía se cuantificó las necesidades energé-ticas particulares de las zonas de estudio y se seleccionaron los departamentos de Chocó, Pu-tumayo, Caquetá y Meta. La Figura 7 muestra en verde oscuro los departamentos de estudio y en verde claro los municipios pertenecientes a las ZNI de estos departamentos.

En total se seleccionaron 18 residuos agrícolas de cosecha, de 6 cultivos permanentes (caña panelera, plátano, yuca, banano, borojó y pal-mito) y 2 cultivos transitorios (maíz y arroz). Los tres cultivos que presentaron mayor área cose-chada fueron el plátano en Chocó y Caquetá, y el maíz en Chocó, con áreas de 15.330, 10.320 y 10.904 (ha), respectivamente.

Figura 7. Mapa de Colombia con los departamentos caso de estudio.

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Para la recolección de muestras se contó con el apoyo de funcionarios de la UMATA, estudian-tes en práctica del SENA y campesinos residentes en las fincas donde se realizó el muestreo. Las muestras fueron enviadas a análisis para conocer sus propiedades fisicoquímicas.

Los resultados mostrados en la Tabla 5 se indican la masa y el potencial energético de los RAC de los cultivos en cada departamento. El vástago de plátano del Chocó presentó el mayor potencial energético con 326,71 TJ/año, seguido del rastrojo de maíz del Meta, las hojas de plátano del Chocó, y el rastrojo de maíz de Caquetá y de Chocó con valores de 175,46, 101,16, 81,64 y 79,88 TJ/año, respectivamente. Aunque el rastrojo de maíz no se presenta como un residuo representativo en tér-minos de toneladas por año, este mostró uno de los valores más altos de potencial energético, lo que refleja su bajo contenido de humedad en comparación con los otros residuos. Por su parte, las podas de borojó de Chocó (1,56 TJ/año) y las hojas y cogollos de caña panelera (1,88 TJ/año) de Putumayo presentaron los valores de potencial energético más bajos. En total se dispone de 1.001,01 TJ/año de potencial energético en los cuatros departamentos, donde el Chocó aporta el mayor potencial con 528,13 TJ/año. El potencial energético de los cuatro departamentos equivale a 83,42 GWh/año teniendo en cuenta una eficiencia de conversión de energía del 30%, considerando un aprovecha-miento energético de la biomasa mediante combustión o digestión anaerobia6.

Depto. Cultivo RAC Área (Ha)a

Prod. (t/año)b

Masa RAC (kt/año)

PE (TJ/año)

Caquetá

PlátanoHojas (HP)

9.665 60.88415,22 21,60

Vástago (VP) 168,04 59,97Maíz Rastrojo (RM) 5.871 6.936 39,33 81,64Yuca Rastrojo (RY) 6.095 45.203 33,90 62,69

Caña panelera

Hojas y

cogollos (HC)2.122 11.295 5,42 7,75

Chocó

PlátanoHojas

23.498 244.57985,60 101,16

Vástago 956,30 326,71

Maíz Rastrojo 12.914 16.585 38,48 79,88

BananoHojas (HB)

2.352 11.1223,89 3,68

Vástago (VB) 62,28 15,14Borojó Podas (PB) 914 3.623 0,43 1,56

MetaMaíz Rastrojo 17.295 88.155 49,37 175,46Arroz Tamo (TA) 8.676 43.105 10,78 12,58

Putuma-yo

PlátanoHojas

4.410 32.61110,80 11,31

Vástago 135,69 32,45

Caña panelera

Hojas y

cogollos2.053 7.383 1,32 1,88

PalmitoHojas (HPm)

204 3211,63 2,61

Tallo (TPm) 2,78 2,92TOTAL 1.621,26 1.001,01

Tabla 5. Masa y Potencial Energético de los RAC de los cultivos en cada departamento.

6 McKendry, P. (2002). Energy production from biomass (part 2): conversion technologies. Bioresource Technology, 83 (1), 47–54.

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Simulación del proceso de combustión Utilizando el software Aspen Plus se realizó la simulación del proceso de combustión en lecho fijo de dos tipos de biomasas: tamo de arroz y rastrojo de maíz. Se usaron datos experimentales de biomasas provenientes del departamento del Meta. Para la simulación se utilizó un reactor este-quiométrico representando la cámara donde ocurre el proceso de combustión según se muestra en la Figura 8.

Los resultados muestran que ambos tipos de biomasa generan bajas emisiones de CO2 y SO2, por lo que el proceso es favorable para el medio ambiente. De otra parte, se constató que al mantener los flujos constantes de aire en el proceso, las reacciones de combustión no se completan, ya que a la salida del reactor se presenta porcentajes pequeños de H2 y CO. Por lo tanto se debe aumentar el flujo de aire para que se aproveche todo el H2 y CO, y así poder lograr una combustión completa.

Planteamiento de una metodología de Análisis de Ciclo de Vida para los procesos de combustión

Para proponer una metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) en procesos de combustión de biomasa agrícola, se tomó como base la norma ISO 14040 (1999) que establece cuatro elementos estructurales de un ACV, secuenciales e iterativos entre sí: ‘Definición, alcance y objeto de estu-dio’, ‘inventario de datos’, ‘valoración e impactos’ e ‘interpretación’.

Los sistemas involucrados en el ACV de la combustión de biomasa fueron: actividad agrícola, tritu-ración, secado, compactación y combustión de biomasa. El análisis de inventario de las categorías de impacto se llevó a cabo teniendo en cuenta las actividades en cada etapa del proceso según se muestra en la Tabla 6.

Figura 8. Simulación del proceso de combustión en lecho fijo

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Fase Actividad

Agricultura

1. Preparación del suelo, técnicas agronómicas y fertilidad.

2. Mantenimiento y plantación

3. Fertilización

4. Recolección de biomasa

5. Transporte de frutas

Secado y trituración6. Secado de biomasa

7. Molienda de biomasaCompactación 8. Prensado de biomasa en forma de pelletsCombustión de bio-masa 9. Combustión de pellets (cáscara de arroz)

Fin de la vida10. Manejo de desechos

11. Gestión de emisiones

Tabla 6. Inventario de las categorías de impacto, Análisis de Ciclo de vida de la combustión.

Los porcentajes de participación de cada una de las etapas definidas para el análisis ambiental se calcularon con la ayuda del software Simapro. Posteriormente se realizó un análisis de huella de carbono que reflejó que la etapa de combustión es la que tiene una mayor participación en la emisión de CO2 en todas las categorías estudiadas.

A partir de biomasa residual en la planta pro-ductora de aceite de palma africana La Mejo-rana S.A. en el Departamento del Meta y otros subproductos sólidos, se desarrolló el proyecto Cogeneración a partir de biomasa residual del procesamiento de palma africana para la em-presa planta productora de aceite Inversiones La Mejorana para evaluar desde los puntos de vista técnico, económico y ambiental las alternativas de generación compuesta, y suplir la demanda de energía eléctrica que actualmente está siendo suministrada con plantas de generación basadas en motores de combustión interna o por parte del sistema interconectado nacional.

En las instalaciones de la planta productora se ha evidenciado la existencia del almacena-miento incontrolado de biomasa (cuenco, fibra, raquis y tusas), con cerca de 12.000 toneladas de residuos al año, producto del procesamiento de la palma africana, lo que representa $ 300M COP en transporte a sitios lejanos de los resi-duos. Adicionalmente, se encontró una baja calidad en la prestación del servicio público de energía eléctrica en la planta, por lo que el proyecto abarcó la alternativa de cogeneración (producción combinada de energía eléctrica o mecánica y de energía térmica), como solución al problema descrito.

Ilustración 6. Planta de producción beneficiaria del proyecto

En el desarrollo del proyecto, se tomaron medi-ciones en campo del consumo de combustible líquido empleado mensualmente por la planta, la demanda de energía eléctrica, la generación de vapor para los procesos térmicos de la planta y el consumo de subproductos para tener los datos de consumo de la planta y realizar una es-timación para plantear el proceso de cogenera-ción por biomasa.

Para la obtención de combustible a partir de la biomasa, se analizaron las alternativas de tec-nologías de transformación energética: la com-bustión interna y la gasificación o pirolisis. Se

5 Cogeneración a partir de la biomasa residual del procesamiento de palma africana

Ejecutor: Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá. Grupo de gestión de la energía y mecanismos de desarrollo limpio, GRIN-MDL.

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realizó una revisión bibliográfica relacionada con la biomasa como fuente de combustible, donde se identificó que, si se calienta la biomasa en un horno adecuado y se encapsula en aire, oxigeno, vapor de agua o hidrogeno, resulta un combusti-ble sólido, gaseoso o líquido, siendo el de mayor poder calorífico cuando se oxida la biomasa con hidrogeno en el proceso de gasificación.

Posteriormente, se estudiaron las diferentes al-ternativas de cogeneración y se recopilaron en un libro de investigación. En el análisis de las alternativas, se tuvieron en cuenta las tecnolo-gías de cogeneración por motor de combustión, que puede recuperar el calor residual conteni-do en los gases de escape; por turbina de gas, equipadas con intercambiadores de calor; por cogeneración con turbina de vapor, que sigue un ciclo de vapor con condensación y extrac-ción para ser transformado en energía mecá-nica; y cogeneración con ciclo combinado, que suele estar equipado con quemadores auxilia-res para elevar la temperatura de los gases de entrada de la caldera y aumentar el caudal.

De igual manera, se realizó un estudio de viabi-lidad de la cogeneración en el sector, realizando una estimación de la energía demandada, gene-rada y si existe un excedente en caso de que el sistema lo requiera, además de que la alternati-va elegida siga los lineamientos del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE).

Con los resultados de los estudios, se realizaron los planos de un gasificador y se construyó el equivalente para la producción de combustible a partir de la biomasa residual, donde se efectúa un proceso termoquímico de descomposición de la biomasa por aplicación de calor y agentes de reacción, lo que resulta un gas de síntesis de poder calorífico que puede ser usado en calde-ras, motores de combustión y turbinas de gas. Finalmente, se agregó el gasificador al diseño

de una planta de BIG/GT (Biomass Integrated Gasifier / Gas Turbine), que fue la seleccionada tras realizar el análisis financiero y el estudio técnico previamente descrito.

El diseño de la planta, resultante del proyecto cuenta con un grado de flexibilidad asociado al tamaño la planta Inversiones La Mejorana y puede adaptarse a sus condiciones operativas. Se concibieron tres artículos de investigación producto del fortalecimiento de la Red Colom-biana de Conocimiento en Eficiencia Energéti-ca- RECIEE de una primera exploración en el tema de termoeconomía y en el análisis de las alternativas tecnológicas mediante el software RETScreen. Con base en el proyecto se pueden establecer metodologías de análisis de la situa-ción de algunas plantas productoras de aceite de palma y su posible mejora energética a partir de sistemas de cogeneración.

Ilustración 7. Gasificador del laboratorio de plantas térmi-cas de la Universidad Nacional de Colombia

El proyecto Gestión de Energía de Motores Eléctricos en Sistemas Eléctricos Industriales (GeMe), tuvo como objetivo central desarrollar las capacidades de uso de las tecnologías eléc-tricas y electrónicas en la gestión energética de los motores eléctricos en un proceso productivo industrial, mediante la evaluación de sistemas de control, supervisión de motores eléctricos y variador de frecuencia dentro de un sistema eléctrico industrial. La importancia en la ges-tión energética de motores eléctricos se debe a que los sistemas de motores eléctricos usan el

52% de la electricidad mundial y que en el sec-tor industrial los sistemas de motores eléctricos usan el 70% de la electricidad consumida en la industria. En este contexto, se ha establecido una tendencia mundial de estandarización, re-glamentación y diseño para incrementar la efi-ciencia de los motores eléctricos.

En la ejecución del proyecto, se desarrollaron las tesis de pregrado: “Determinación de la eficien-cia del motor de reluctancia síncrona a partir de mediciones y simulación por el método de ele-mentos finitos”, “Caracterización de operación

6 Gestión de Energía de Motores Eléctricos en Sistemas Eléctricos Industriales – GeMe

Ejecutor: Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá. Grupo Electrical Machines and Drives.

Coejecutor: Universidad Autónoma de Occidente, Grupo GIEN.

Ilustración 8. Montaje para el en-sayo de determinación de eficien-cia en un motor de inducción.

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y diagnóstico del motor de reluctancia síncrona” y “Diagnóstico de Fallas del Motor de Inducción Trifásico Jaula de Ardilla por medio del Análisis de la señal de Corriente del Motor”. Asimismo las tesis de maestría: “Monitoreo y diagnóstico de Electric Machine Drive Systems (EMDS)”, “Ca-racterización de pérdidas en un Electric Motor Drive System (EMDS)” y “Evaluación del impac-to en su eficiencia y Método de la Medición de Eficiencia en un Motor de Inducción Alimentado por Variador de Velocidad”. El desarrollo de estos trabajos logró consolidar las capacidades de ges-tión de energía por medio de la tecnología de los motores eléctricos en aplicaciones de uso final de energía y el análisis del comportamiento de operación del conjunto convertidor de potencia, máquina eléctrica, sistema de control, supervi-sión y control en condiciones de operación diná-micas para evaluar su gestión energética.

En el ejercicio de vigilancia tecnológica realiza-do para desarrollar los anteriores trabajos, se construyó y se actualizó la base de conocimien-

Ilustración 9. Laboratorio en Ges-tión de Energía en Motores Eléc-tricos

Ilustración 10. Montaje de Motor de Reluctan-cia Síncrona acoplado a carga mecánica para pruebas

to en tecnologías, tendencias globales y reque-rimientos de mercado en el uso de los motores eléctricos y su gestión energética, teniendo en cuenta aspectos de normatividad, regulación, mercado, comercialización, calidad de energía, ambiental y social. Los resultados de vigilancia tecnológica mostraron los actores mundiales principales a nivel de autores, instituciones y países que están aportando al desarrollo de tec-nologías eficientes en motores eléctricos. Asi-mismo se identificaron los principales autores e instituciones nacionales en cuanto a producción intelectual en el tema de motores y su infraes-tructura de laboratorio.

Con los resultados anteriores, se plantearon metodologías de pruebas en laboratorio y pla-taformas de simulación para la evaluación de la eficiencia y desempeño del sistema integral convertidor de frecuencia y motor eléctrico en un proceso. Para ello, se utilizaron los equipos de medición y el conjunto de la máquina, con-vertidor de potencia, sistema de control, super-

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visión y control en condiciones de operación di-námicas, para realizar la evaluación de la gestión energética y desarrollar un sistema de adquisi-ción de datos.

Para el manejo del sistema de adquisición de datos se redactó un manual de usuario, donde se establecieron las pautas para realizar prue-bas de eficiencia en motores síncronos. Se ob-servó el fortalecimiento en las capacidades de investigación en las personas involucradas en el proyecto, debido a que se facilita la obten-ción de los parámetros eléctricos y mecánicos necesarios para realizar el análisis de eficiencia energética en motores de inducción.

También se realizó un estudio de las fallas más frecuentes en los motores eléctricos. El estudio mostró que los motores de inducción de jaula de ardilla de eficiencia estándar son los más usa-dos en Colombia y que las fallas más comunes son las fallas en los rodamientos, seguidas del cortocircuito entre espiras. Asimismo, se deter-minó que solo el 34% de los centro de repara-ción aplican técnicas para mantener la eficiencia en la reparación de los motores eléctricos.

En el campo de las normas eléctricas se observó que la norma International Electrotechnical Com-mission, IEC 60034-30-1: Efficiency classes of line operated AC motors, 2014, clasifica los motores eléctricos en 5 niveles de eficiencia, IE1, IE2, IE3, IE4 y IE5, y que estos tienen sus niveles equiva-lentes en la norma MG1.2016 de USA. Asimismo se comprobó que la tecnología de motores de in-ducción de jaula de ardilla solo puede llegar hasta el nivel IE4, y que los motores de nivel IE4 e IE5 son motores de imán permanente y los motores sincrónicos de reluctancia.

Por otro lado, a nivel internacional se han emi-tido reglamentos, conocidos como MEPS (Mi-nimum Energy Performance Standards) que esta-blecen como obligatorio un nivel de eficiencia determinado para la comercialización de los motores eléctricos. Por ejemplo en USA y Eu-ropa están vigentes MEPS que no permiten la comercialización de motores por debajo de la clase IE3. Colombia también se ha alineado en esta tendencia y en septiembre de 2015 se emi-tió el MEPS conocido con el RETIQ (Reglamen-to Técnico de Etiquetado), que entro en vigencia

en septiembre de 2016 y que establece que a partir de septiembre de 2018 solo se pueden comercializar motores de clase igual o mayor a IE2. Se evidencio que los MEPS han sido un ele-mento clave para el incremento de la aplicación de los motores de alta eficiencia.

El estudio también concluyo que para la deter-minación de la eficiencia existe una equivalencia de procedimientos entre las normas Europas y de USA. Así, la Norma IEC 60034-2-1 (Standard methods for determining losses and efficiency from tests) de 2014 tiene un procedimiento equiva-lente a la Norma IEEE 112 -2017 (Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Ge-nerators) de 2017 de USA. Esta equivalencia se estableció con el fin de que los motores eléctri-cos de cualquier origen (Europa y USA) puedan ser comercializados a nivel mundial. En Colombia el ICONTEC se adhiere a las normas IEC y tiene un comité espejo al de IEC para motores eléc-tricos. En este aspecto en Colombia tiene como oficial el estándar NTC 3477 que es el equiva-lente al IEC 60034-2-1. Para la determinación de la eficiencia del sistema integral convertidor de frecuencia-motor eléctrico, la norma IEC tiene la norma IEC 60034-2-3 (Specific test methods for determining losses and efficiency of converter-fed AC induction motors).

Otro resultado interesante del proyecto fue la implementación de los métodos para determi-nar la eficiencia de motores de acuerdo a la nor-ma IEC 60034-2-1 y la norma IEC 60034-2-3 en los laboratorios de la Universidad Nacional y la Universidad Autónoma de Occidente. Estos ensayos se aplicaron a motores de niveles de eficiencia IE1, IE3 y IE4 de potencias de 3 y 5 kW de 4 polos.

Como resultado de este proyecto se publicaron dos artículos en revistas indexadas, ocho po-nencias en eventos internacionales indexados, tres tesis de maestría y tres proyectos de gra-do. Además se realizaron cuatro capacitaciones para la comunidad en el tema de uso eficiente de sistemas de motores eléctricos, contando con la participación de expertos internacionales tales como el Dr. Aníbal T. de Almeida y el Dr. Fernando J. T. E. Ferreira, tanto en las ciudades de Bogotá y Cali.

Los equipos refrigerantes o de producción de frío funcionan, en su mayoría, por medio de energía eléctrica y utilizan compuestos o líqui-dos refrigerantes como el hidrofloruro de clo-ro (HFC), compuesto similar al CFC que es el principal agente en la producción del efecto in-vernadero. Los equipos de producción de frío son usados en gran parte para acondicionar los edificios a temperaturas menores al ambiente y también en la industria alimenticia, cuyo cre-cimiento ha generado requerimientos de tem-peraturas menores para la conservación y el transporte.

El proyecto Implementación de un sistema de acondicionamiento de aire con energía solar usando un ciclo de refrigeración por absorción desarrolló una alternativa de sistema de acondi-cionamiento, que utiliza elementos que no tie-nen un impacto sobre el incremento del efecto invernadero y es autosostenible debido a que emplea la energía solar como principal fuente para su operación.

El proyecto se efectuó sobre el Bloque 24 de la Universidad Pontificia Bolivariana, edificio que contaba con un espacio disponible para la ubi-

cación de los elementos del sistema, así como el acceso para el equipo del grupo de investi-gación para realizar las modificaciones y experi-mentos pertinentes en el desarrollo del sistema de refrigeración. Seguidamente, se seleccionó la tecnología apropiada de refrigeración y se realizaron las simulaciones respectivas en el software TRNSYS, usando control proporcional integral PI y dos controles ON-OFF.

En la simulación para el diseño del equipo se tuvieron en cuenta factores como el número de personas dentro del recinto, la radiación solar incidente en un día y los materiales de cons-trucción. El sistema de aire acondicionado es un sistema no lineal, no obstante, se encontró un modelo aproximado que toma en cuenta los factores mencionados anteriormente, lo que permite obtener resultados de simulación con-cretos. Cabe resaltar que la variable de control dentro del simulador es la temperatura.

La instalación del sistema de refrigeración por absorción, intercambiadores de calor y nuevos pares refrigerantes como el Sistema de Aire Acondicionado Solar, desarrollado en el pro-yecto, es el producto del compilación teórica

7Implementación

de un sistema de acondicionamiento de aire con energía

solar usando un ciclo de refrigeración por

absorciónEjecutor: Universidad Pontificia Bolivariana. Grupo de energía y

termodinámica

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respecto a la respuesta de la temperatura de la edificación según los cambios dados por los materiales y el sistema de control, y el diseño físico del sistema que fue realizado en el sof-tware Microsoft Visio y SketchUp, tomando en cuenta los aspectos técnicos y la ubicación den-tro de la instalación.

Figura 9. Simulación de la instalación de los equipos, Universidad Pontificia Bolivariana.

Figura 10. Instalación de paneles sobre el bloque 24 de la Universidad Pontificia Boli-variana.

Los modelos teóricos planteados en el proyec-to se validaron en el software TRNSYS, a través del cual se obtuvieron resultados satisfactorios, que permiten plantear nuevas investigaciones acerca de la refrigeración por absorción y me-jorar la sostenibilidad ambiental de los sistemas de refrigeración usados en Colombia.

La suplencia eficiente de frío representa una de las mayores necesidades del sector terciario en la actualidad. Tradicionalmente los componentes constructivos, flujos dinámicos, cargas internas, sistemas de generación, y las tecnologías de uso final de la energía se han tratado de forma indivi-dual para establecer medidas de ahorro energé-tico en las edificaciones. Sin embargo, factores como el clima, flujos dinámicos e inercia térmi-ca de los materiales ejercen una gran influencia en el desempeño energético de una edificación cuando se encuentra en operación.

El proyecto Diseño, desarrollo y validación de un modelo de gestión para sistemas de climati-zación en edificaciones para el sector terciario atendió esta problemática, y se enfocó en dise-ñar, desarrollar y validar un modelo de gestión eficiente, para sistemas de climatización en edi-ficaciones de las regiones Andina y Caribe de Colombia, y mejorar la eficiencia energética y la sostenibilidad ambiental.

Como objeto de estudio, se seleccionó una edi-ficación en la ciudad de Barranquilla que presta servicios de educación superior. Posteriormen-te, se realizó una caracterización de las cargas

8Diseño, desarrollo y

validación de un modelo de gestión para sistemas

de climatización en edificaciones para el

sector terciarioEjecutor: Universidad de la Costa - CUC. Grupo de investigación GIOPEN

Coejecutor: Universidad Autónoma del Caribe. Grupo GIIMA.

térmicas de la edificación y el análisis de su comportamiento a través simulaciones que re-quirieron el uso de paquetes de software es-pecializados, tales como Energy Plus, Desing Building, Homer Pro, Trnsys, Ansys Fluent, DOE2 y ECOTEC. Las simulaciones se realiza-ron tanto para las condiciones climáticas de la ciudad de Barranquilla, como para las de Car-tagena y Bucaramanga.

Para verificar los parámetros que inciden en la carga de refrigeración (paredes, techo, cristales, entre otros) se seleccionó el método de Función de transferencia de calor (CTF). El sistema de configuración del sistema de climatización se estableció siguiendo las directrices del apéndi-ce G de la norma ASHARE 90.1, que correspon-de a la actividad y tipología de la edificación.

A través de simulación con el software Energy Plus, se comparó el sistema refrigerante variable (VRF) y el sistema mini split para la edificación de referencia. Para la compilación dentro del simulador, se efectuó un estudio estructural de edificio piloto. Los resultados mostraron que el sistema VRF poseía menor consumo de energía.

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Ilustración 11. Edificio de referencia y detalles de configuración del sistema de climatización

Posteriormente, se caracterizó la curva de carga del edificio y se ajustaron los sistemas de con-trol a sus necesidades, tomando en cuenta el sistema VRF seleccionado previamente. Para el extractor de aire se implementó un sistema de control ON-OFF sobre una plataforma Ardui-no. Los resultados evidenciaron la reducción de un 3.1% de la demanda energética anual como producto de la variación en el diseño del siste-ma de bombeo, logrando minimizar el uso de la energía y el costo operacional.

Con la información adquirida, se diseñó la guía metodológica para la optimización de la eficien-cia energética y ambiental de las edificaciones. Además, se planteó un modelo de negocio para ofertar frío en ambientes previamente carac-terizados, integrando las variables del sistema correspondiente al sector terciario. Finalmente, se diseñó y se desarrolló un prototipo experi-

mental que permite la validación técnica de la funcionalidad de la presentación de servicio de frío, a través de un piloto implementado con base en el modelo de negocio propuesto.

Los resultados y desarrollos del proyecto per-mitieron generar diversos productos de divul-gación que incluyeron artículos publicados en revistas indexadas, presentación de ponencias en los congresos CIUREE 2016 y 2018 y en otros eventos nacionales, un ejercicio de vigi-lancia tecnológica en sistemas de climatiza-ción tipo VRF, un libro de evaluación dinámica de edificios, dos cursos especializados y cinco eventos de divulgación. Además, en el marco del proyecto se logró el registro calificado de dos especializaciones, la maestría en eficiencia energética y energías renovables y el doctorado en ingeniería energética de la Universidad de la Costa, CUC.

El Programa para la consolidación de la Red Co-lombiana de Conocimiento en Eficiencia Energé-tica y su impacto en el sector productivo nacional permitió el fortalecimiento de relaciones con actores de interés nacionales e internacionales, el posicionamiento de la red RECIEE y del con-greso CIUREE como un espacio de encuentro e intercambio de conocimiento de entidades académicas, gubernamentales e industriales relacionadas con el sector y la orientación de la red como agente integrador Universidad-Em-presa-Estado.

A través de las actividades realizadas RECIEE ha encontrado nuevos espacios de trabajo con ac-tores nacionales e internacionales y nuevas uni-versidades e instituciones han manifestado su intención vincularse al trabajo desarrollado. En los siguientes apartados se describen los resulta-dos de las actividades que se llevaron a cabo de manera paralela a los proyectos, para fortalecer internamente la red y proyectar su actividad en nuevas áreas.

Misiones internacionalesEn el marco del programa de consolidación de la red se realizaron tres misiones tecnológicas internacionales con el fin de identificar expe-

riencias de países referentes en articulación institucional para la promoción de la eficiencia, la gestión energética y las energías renovables. De igual forma se buscó establecer contac-tos y agendas de trabajo con posibles aliados internacionales de la Red RECIEE. Los países visitados fueron México (2015), Brasil (2016) y Alemania (2018).

Las tres misiones tecnológicas cumplieron satis-factoriamente con el objetivo general de cono-cer los avances y experiencias en materia de efi-ciencia, gestión energética y energías renovables en estos países. Además, se tuvieron enfoques desde diferentes puntos de vista: académico, industrial y gubernamental, contribuyendo nota-blemente a tener un panorama detallado y críti-co de sus experiencias y los retos de cada uno de estos países, que puedan ser tenidos en cuenta para los desafíos de la actual transición energéti-ca de Colombia.

Las entidades visitadas a lo largo de las misio-nes incluyeron la Universidad Autónoma de México, el Instituto Politécnico Nacional de México, la Comisión Mexicana para el Uso Efi-ciente de la Energía - CONUEE, la Universidad de Sao Paulo, la Universidad de Rio de Janeiro, PETROBRAS, la Universidad Técnica de Ber-

9Consolidación de la Red Colombiana de

Conocimiento en Eficiencia Energética

RECIEE

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lín, Schneider Electrics y la Agencia Nacional de Energía Alemana. Además, en Alemania el equipo de docentes de la misión participó en la Feria de Energía Solar más grande el Mundo, INTERSOLAR Múnich 2018.

En los tres países existen instituciones estatales que juegan un rol fundamental en la promoción, desarrollo de políticas, creación de programas, capacidades I+D+i y políticas encaminadas al fortalecimiento de las temáticas energéticas en sus países. El aporte realizado por las univer-sidades, centros de investigación y desarrollo, y demás instituciones académicas, sobre todo con su interrelación con el sector industrial ha logrado impulsar sinergias para el mejor uso de la energía, proyectos de energías renovables y mejoramiento de competitividad, entre otros.

Finalmente, las misiones tecnológicas permitie-ron el acercamiento con entidades e institucio-nes de estos países, donde se crearon y afian-zaron lazos de cooperación interinstitucional,

para la realización de trabajos conjuntos con RECIEE, como participación en eventos acadé-micos, proyectos de investigación, entre otros. Estos aspectos permiten fortalecer las capacida-des de la red y mantener a largo plazo aliados es-tratégicos para el cumplimiento de sus objetivos.

Entre las actividades que deben adelantarse en el proceso de consolidación, se identifica la ne-cesidad de hacer un proceso de fortalecimiento organizacional, que busque establecer la estruc-tura actual, sus alcances y responsabilidades, y crear el área de Cooperación Internacional, que sea par de sus homólogos internacionales.

Un modelo UEE para el fomento a la eficiencia energética y la

gestión de la energíaEl Sistema de Competitividad, Ciencia, Tecno-logía e Innovación de Colombia (SNCCTeI) se encarga de gestionar los recursos humanos,

Ilustración 12. Fotos de las misiones tecnológicas realizadas en el marco de la Red

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materiales y financieros y las actividades de las entidades públicas y privadas relacionadas con la formulación, ejecución y seguimiento de las políticas necesarias para fortalecer la competi-tividad, productividad e innovación. Como un aporte para la cooperación entre las entidades del sistema en el ámbito energético, se formu-ló la tesis de maestría: “Diseño de un modelo de gestión y transferencia de conocimiento para la consolidación de una red Academia - Industria – Gobierno, A-I-G, aplicada a la Gestión Integral de la Energía, en el marco del Programa para la con-solidación de la red de conocimiento en eficiencia energética 2014-2017”(MsC. Claudia Rincon bajo la dirección de (MsC) Sonia Esperanza Monroy Varela y Codirección de MsC Omar Fredy Prías Caicedo, cuyo contenido completo puede consultarse en el repositorio digital de la Universidad Nacional de Colombia).

El objetivo del estudio fue proponer un modelo de gestión y transferencia de conocimiento que estimule la consolidación A-I-G en el ámbito de la gestión de la energía y la articulación de los actores relacionados, para promover el empo-deramiento y la toma de decisiones. Los resul-tados del estudio cualitativo de entrevistas con la industria permitieron identificar barreras y li-mitaciones en la transferencia del conocimiento y realizar un acercamiento a las dinámicas y los factores determinantes de este proceso.

El estudio se desarrolló mediante una investi-gación mixta (cualitativa y cuantitativa) con Di-seño Exploratorio Secuencial (DEXPLOS). En la primera fase, se recolectó información cualita-tiva sobre la evolución de casos internacionales en modelos de gestión AIG (Brasil, Cuba y Mé-xico) y el relacionamiento Academia – Industria en las actividades de la Red Colombiana de Co-nocimiento en Eficiencia Energética (RECIEE). Como resultado, se identificó que la cultura fue un aspecto clave en la integración de los actores. Partiendo de allí, la fase cuantitativa se centró en el análisis de los rasgos culturales asociados a los actores del sector según la metodología de Denison (orientación al cliente, trabajo en equi-po, acuerdo y orientación al cambio), tomando como objeto de estudio a la red RECIEE, dada su orientación a promover la comunicación y ali-neación alrededor de los objetivos comunes, el

relacionamiento con los actores involucrados en el desarrollo de actividades cooperativas y el pa-pel que ha jugado en el desarrollo de proyectos de gestión de la energía bajo un modelo AIG.

El modelo obtenido plantea la necesidad de que las entidades vinculadas en la relación Academia – Industria cuenten con sistemas de gestión del conocimiento que faciliten el desarrollo de acti-vidades de colaboración para el cumplimiento de objetivos comunes. En cuanto a la colaboración Industria - Gobierno, se identificó la necesidad de contar con fondos sectoriales de financiación para EE (por ejemplo, el FENOGE), que faciliten el acceso a recursos para el desarrollo de pro-yectos. El modelo propuesto se basa en la triple hélice, y sugiere que la red RECIEE fortalezca su papel integrador desde el conocimiento, al esti-mular el desarrollo de rasgos culturales cuya de-bilidad puede limitar la capacidad de integración con el sector productivo.

Como estrategia para que la red logre desarro-llar este papel integrador, se propone la creación de una Spin Off enfocada en la innovación, con flexibilidad organizacional, capacidad de adap-tación y recursos humanos, físicos y financieros orientados al relacionamiento con el sector em-presarial. Se enfatiza la necesidad de contar con una adecuada gestión del conocimiento y de la propiedad intelectual, contando con un manual para su manejo.

Dentro de las acciones que pueden facilitar este rol, se recomienda la valoración de los perfiles tecnológicos de las empresas en sectores estra-tégicos para la eficiencia y gestión de la energía, la incorporación de actividades científicas y tec-nológicas en las empresas que interactúen con la red, la evaluación de la infraestructura de labora-torios para atender a requerimientos del sector (por ejemplo la validación del etiquetado ener-gético) y la incidencia de los profesores e inves-tigadores de la red en la creación de una cultura tecnológica dentro de las empresas a través de alianzas o de proyectos multidisciplinarios.

15 años del congreso CIUREE

El congreso internacional de eficiencia y ges-tión energética (CIUREE), surgió en 2004 como

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una iniciativa de la red RECIEE para la promo-ción del conocimiento de los proyectos que la conforman. Durante sus primeras ediciones, el congreso fomentó la discusión en temas estra-tégicos para el país en el ámbito de la eficiencia energética. Algunos hitos de interés y aportes de la red para el ámbito nacional, como el mo-delo del Sistema de Gestión Integral de la Ener-gía, se alimentaron de las discusiones realizadas en estas primeras ediciones del congreso.

La quinta edición del CIUREE se desarrolló como parte del programa de consolidación de la red, en la Universidad de Cartagena– Sede San Agus-tín (Cartagena de Indias), del 3 al 5 de febrero de 2016. El evento fue organizado por RECIEE, con el apoyo de otros actores de interés como Col-ciencias, la Unidad de Planeación Minero-Ener-gética (UPME) y la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI).

El congreso destacó debido a la participación de representantes de los sectores universidad, industria y gobierno, y sirvió como escenario para la primera reunión de expertos en gestión de la energía e ISO 50001 para Latinoamérica, con participación de Argentina, Brasil, Chile, Colombia, Estados Unidos, México y Perú.

Las líneas temáticas seleccionadas para el con-greso fueron política y regulación para el im-pulso y desarrollo de la eficiencia energética, eficiencia energética en usos finales de energía, gestión energética, y fuentes no convenciona-les de energías renovables y biocombustibles.

El congreso contó con tres modalidades de pre-sentación: conferencias magistrales, ponencias científicas y posters. Se presentaron 131 traba-jos nacionales e internacionales, de los cuales 76 artículos se aceptaron para ponencia y 27 para exposición en posters. De los artículos presentados, 66 correspondieron a investiga-dores nacionales y los restantes correspondie-ron a ponencias de Argentina (1), Brasil (4), Ale-mania (1) y México (2).

Dentro de los conferencistas magistrales, se contó con la participación de expertos nacionales como:

• Jorge Valencia, director general de la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME)

• Yesid Ojeda, director del programa de in-vestigación en energía y minería de COL-CIENCIAS

• Jorge Pinto Nolla, director de la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG)

• Omar Prias Caicedo, director de la Red Co-lombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética (RECIEE),

Así como con los expertos internacionales

• Bettina Schreck (ONUDI)

• Odón de Buen Rodríguez (Comisión Nacio-nal para el Uso Eficiente de la Energía – CO-NUEE, México)

• Rogelio Sotelo Boyás (Centro Mexicano para la producción más limpia)

Ilustración 13. Profesores de la Red en el V CIUREE. Universidad de Cartagena Sede San Agustín 2016.

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• Graziela Siciliano (Department of Energy, Estados Unidos)

• Peter Therkelsen (Lawrence National Labo-ratory, Estados Unidos)

• Alberto Fossa de (ICA, Brasil)

• Noé Villegas (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de Energía - CONUEE, México).

Las conferencias magistrales pueden consultar-se en el canal de youtube del congreso CIUREE y las memorias con todas las ponencias presen-tadas se compilaron en una publicación de me-morias disponible al público en la página web de la Red RECIEE.

En la reunión de expertos latinoamericanos se identificó que los países participantes po-seen problemáticas comunes en gestión de la energía, debido en parte a que los conceptos de gestión energética y desempeño son nue-vos en el campo, por lo que se considera que la problemática puede disminuir realizando un trabajo en red donde se divulgue la información asociada. Por otro lado, se encuentra que se de-ben asegurar las competencias de los esquemas de acreditación locales y sistemas para lograr un establecimiento adecuado de los sistemas de gestión. El acercamiento realizado entre los países en el marco del V CIUREE, permitió el desarrollo de acciones conjuntas posteriores al desarrollo del congreso.

El V CIUREE permitió reenfocar el papel del congreso en el ámbito nacional, dándole un pa-pel más activo y fortaleciendo los lazos inter-nacionales. Continuando con este propósito, la siguiente edición del congreso (VI CIUREE) fue realizada en realizada en la ciudad de Ba-rranquilla en el Centro de Convenciones de la Universidad del Atlántico del 7 al 9 de febrero de 2018, contando con participación de actores académicos, industriales y gubernamentales.

El VI CIUREE fue estructurado en tres temá-ticas principales para cada uno de los días del congreso: energías renovables, usos finales de la energía, y la política energética colombiana y su regulación. El congreso contó con 266 par-ticipantes diarios quienes fueron partícipes de 15 conferencias magistrales presentadas en se-siones plenarias, un panel de expertos acerca del futuro energético de Colombia y 64 trabajos de investigación nacionales e internacionales, cuyos ejes temáticos giraron en torno a la Efi-ciencia Energética y a las Energías Renovables a nivel nacional e Internacional.

En las conferencias temáticas de gestión de la energía destacó el aporte realizado por el país al estado del arte en el área, a través del enfoque de control operacional basado en análisis esta-dístico. De igual manera, se revisaron los resul-tados actuales en difusión y adopción de la nor-ma ISO 50001 a nivel mundial, la contribución que el país se encuentra realizando a la misma a

Ilustración 14. Panel de Cierre V CIUREE. Universidad de Cartagena Sede San Agustín 2016.

Ilustración 15. VI CIUREE, Universidad del Atlántico Ba-rranquilla 2018.

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través de la norma de competencias para imple-mentadores en gestión de la energía y los casos internacionales para el fortalecimiento de la es-tructura de divulgación de la norma.

En el área de energías renovables y usos fina-les de la energía, se observó un gran aporte so-bre la implementación de fuentes renovables no convencionales, como biomasa, generación con concentradores solares y turbinas eólicas. Los conferencistas internacionales presentaron proyectos implementados en diferentes países que demuestran que este tipo de soluciones han superado las brechas técnicas y hoy son una realidad que puede ser viable para el país.

Finalmente, en el contexto de política y regula-ción de energía se evidencia la transición energé-tica actual, y la evolución en las políticas del sec-tor energético para incluir las tendencias actuales de generación e introducir las nuevas tecnologías.

De otra parte, la presentación de ponencias tuvo una destacada participación de los inte-grantes de la red RECIEE, a través de la cual se reflejaron los resultados del programa de con-solidación. Los aportes incluyen desde modelos teóricos, hasta aplicaciones en industrias espe-

Ilustración 16. Conferencistas VI CIUREE, Universidad del Atlántico Barranquilla 2018.

Ilustración 17. Participación cultural de la Red RECIEE en el Carnaval de Barranquilla en el marco del VI CIUREE.

cíficas validadas con modelos prácticos, algu-nos de los cuales son sujetos de patentes. De los artículos presentados, 15 se encuentran en proceso de publicación en revistas las revistas indexadas colombianas INGE CUC (Universidad de la Costa), Avances (Universidad Libre) y Pros-pectiva (Universidad Autónoma del Caribe). En el marco del congreso, la red contó con la pri-mera carroza de promoción de la energía soste-nible en el carnaval de Barranquilla, marcando un hito de participación de entidades de cono-cimiento en este tipo de eventos culturales.

A través de los esfuerzos de la Red, el congreso se encuentra en camino de consolidación como un evento de referencia en el área de eficiencia energética, que permita el trabajo conjunto de los diferentes estamentos que hacen parte de esta dinámica en el país. Las memorias y apor-tes de los congresos se mantienen disponibles al público en la página web de la Red RECIEE (www.reciee.com) como un aporte al estado del arte en las temáticas tratadas. La siguiente edi-ción del congreso (VII CIUREE), se desarrollará en Bucaramanga en el 2020.

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Las políticas, estrategias y acciones en donde se integran las entidades del Estado, con la in-dustria, la sociedad y las universidades crean ambientes y ecosistemas de innovación que permiten la transferencia de conocimiento, el desarrollo de soluciones y productos y la con-solidación de capacidades en todos los ámbitos del ciclo del conocimiento. Por otra parte, las re-des colaborativas se constituyen como tenden-cia mundial y regional en los ámbitos científicos aplicados. En este sentido, la Red RECIEE se ha consolidado como un agente integrador de las universidades y los grupos de investigación con las entidades del sector energético, los gremios, la industria, el sector de servicios y las zonas no interconectadas para desarrollar e implementar las políticas y programas de eficiencia energéti-ca, fuentes renovables y gestión.

Como resultado de los programas y proyectos desarrollados por los grupos de investigación de RECIEE, se ha generado nuevo conocimien-to, innovaciones y capacidades de desarrollo tecnológico. De cara a la academia, el conoci-miento se refleja en tesis de maestría y doc-torado, publicaciones científicas y numerosas participaciones en eventos nacionales e inter-nacionales. El fortalecimiento tecnológico y la proyección del conocimiento hacia la sociedad, se representan en laboratorios, capacitación, trabajo con industria, difusión de resultados e innovación con herramientas, metodologías y soluciones en función de las políticas y planes

energéticos nacionales y ambientales, con im-pacto tanto en el sector productivo como en la sociedad en general.

Para mantener una trayectoria de trabajo en red de más de 10 años, RECIEE ha recibido un apoyo fundamental de Colciencias, participa-ción de la UPME, convenios con industrias e incluso financiación de empresas de energía en el desarrollo de programas y proyectos. Recien-temente, a través del trabajo conjunto con en la implementación de SGEn y difusión de la ISO 50001, se ha logrado la creación de capacida-des en nuevas regiones y la vinculación de uni-versidades en Boyacá (Duitama y Sogamoso), Norte de Santander (Cúcuta) y el Eje Cafetero (Manizales, Pereira), con lo cual se amplía la co-bertura de RECIEE y se logra la integración de Colombia en la dinámica de los 26 países a nivel mundial en donde se promueven la implemen-tación de los SGEn y se crean capacidades con apoyo de ONUDI.

Finalmente, se requiere comunidad y sostenibi-lidad de una trayectoria que debe crear mayo-res capacidades I+D+i con desarrollo de cono-cimiento, vigilancia de las nuevas tecnologías y mayor integración y sinergia entre los actores en todos los niveles y ámbitos de la energía en Colombia, para preparar al pías de forma activa para la transición energética, lo retos de la cuar-ta revolución industrial y los compromisos con la mitigación del impacto del cambio climático.

Conclusiones

© RECIEE octubre 2018

Documents

Red colombiana de conocimiento en eficiencia energetica - Programa de …reciee.com/pdf/Publicacion RECIEE V7.pdf · 2018-11-08 · 6 Programa de consolidación de la Red Colombiana