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Las redes de conocimiento como plataforma I+D+i para impulsar la transición energética en Colombia

Omar Prias

Director Red RECIEE

Bogotá, noviembre de 2018

Participación de investigadores en

las redes de investigación

Fortalecimiento de Centros de

Investigación en Red

Alianzas estratégicas

actores

Desarrollo tecnológico e

innovación

Conformación y consolidación de

redes de conocimiento

Política para el fomento de Redes

08/11/2018 2

Objetivos estratégicos institucionales 2015-2018

Mejorar la calidad y el impacto de la investigación y la transferencia de conocimiento y tecnología

Desarrollar proyectos estratégicos y de impacto en CTeI a través de la articulación de recursos de la nación, los departamentos y otros actores

Generar vínculos entre los actores SNCTI y actores internacionales estratégicos

Estrategias:

Meta a largo plazo

• 1 red - eficiencia

energética

• 1 red - tecnologías de

exploración y

explotación minero-

energética

• 1 red - Política y

regulación

Consolidación

• 3 en Eficiencia energética,

Generación distribuida y FNCE

• 1 en Agroenergía,

biocombustibles, biomasa y

biogás

• 3 en Tecnologías minero-

energéticas para exploración y

explotación

• 3 en política, regulación y

mercados energéticos

1

2

3

Meta a 2019

Energ

ía y

min

erí

a

Redes de conocimiento en Colombia

08/11/2018 3

Objetivo:crear espacios de interrelación y conocimientos entre expertos,

investigadores y empresas especializadas en diversas áreas temáticas, surgen como respuesta a:

La consolidación de un nuevo paradigma

intensivo en información y conocimiento

La importancia de la competitividad de personas que

trabajan en grupo, contrario a las que actúan de forma individual

La ruptura del modelo lineal de

innovación

Pérez, Castañeda (2009) Ciencias de la Información Vol. 40, No.1

Programa De Consolidación De La Red Colombiana DeConocimiento En Eficiencia Energético Y Su Impacto En El SectorProductivo Bajo Los Estándares Internacionales - COLCIENCIAS(2014 – 2018)

Objetivo General

Consolidación de la Red de Eficiencia Energética

Colombiana para la integración con la industria en

el ámbito de la gestión energética e identificación

de un agente integrador UNIVERSIDAD-EMPRESA-

ESTADO que permita la transferencia, sostenibilidad

e impacto a nivel regional y nacional.

Líneas y Proyectos del programa de consolidación de la Red RECIEE

Suministro de Frío en zonas apartadas

Diagnósticos integrales en sistemas energéticos

Eficiencia de motores en la industria

nacional

Aprovechamiento de biomasa autóctona

Consolidación de

Impacto en

sectores de uso

final de energía

Líneas de Investigación Proyectos programa de consolidación Productos

Sistemas de

climatización para

sector terciario

Eficiencia

energética en

modelos de

producción

Gestión de energía

en motores

eléctricos

Combustión de

biocombustibles a

partir de biomasa

autóctona

Acondicionamiento de

aire con energía solar

Implementación

Sistemas de Sistemas de

Gestión de la Energía

Cogeneración a

partir de biomasa

residual de palma

Gestión en procesos de

combustión – industria

de refinación de

petróleo

Identificación de

Agente Integrador

Universidad-

Empresa-Estado

08/11/2018 6

10

6

32

23

4

20

10

3

6

9

4

6

Tesis de pregrado

Tesis de posgrado

Publicación nacional

Publicación internacional

Ponencia nacional

Ponencia internacional

Organización de semimarios, conferencias y cursos

Metodología de proceso industrial

Libros, guias e instructivos

Informe de resultados de investigación

Ejercicio de Vigilancia tecnológica

Desarrollo tecnológico

Productos de los proyectos del programa RECIEE

Alrededor de

Productos I+D+i

Congresos Internacionales CIUREEAunque las primeras tres ediciones del Congreso Internacional CIUREE fueron realizados por RECIEE, las

dos últimas versiones, V y VI, fueron resultados del programa de consolidación RECIEE.

EJES T

EM

ÁT

ICO

S

PRINCIPALES RESULTADOS V y VI

Asistentes

Conferencistas magistrales

Ponencias nacionales e

internacionales

Artículos en proceso de revistas

colombianas indexadas

Eficiencia Energética

Gestión de la energía

Regulación y política

Energías renovables

Memorias de congresos

Congresos Internacionales CIUREE

Participación de representantes de los

sectores universidad, industria y gobierno.

Primera reunión de expertos en gestión de

la energía e ISO 50001 para Latinoamérica.

Fortalecimiento de relaciones

internacionales.

Profundización en herramientas de control

operacional.

Esquema de certificación y acreditación

para apoyar la promoción.

ASPECTOS DESTACADOS

Memorias del V y VI CIUREE se encuentran disponibles en nuestra página web: www.reciee.com

Cartagena 2016

B/quilla 2018

http://www.reciee.com/

Misiones Tecnológicas InternacionalesLas tres misiones tecnológicas tuvieron como objetivo conocer las experiencias de países referentes a

nivel mundial en avances I+D+i en Eficiencia, Gestión Energética y Energías Renovables

México

Brasil

Alemania

Países visitados Tipos de Entidades

Universidades

Empresas

Entidades sector gubernamental

Gremios y asociaciones

Centros de Investigación

Entidades en total visitadas

Misiones Tecnológicas Internacionales

Consolidación de relacionamiento institucional con:

Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía

- CONUEE

Instituto Politécnico Nacional - IPN

Instituto de Energías Renovables – UNAM

Universidad de Sao Paulo

Universidad Federal de Rio de Janeiro

PETROBRAS

Asociación Brasilera de Empresas de Servicios de

Conservación de Energía – ABESCO

Agencia Alemana de Energía – DENA

Universidad Tecnológica de Berlín – TU Berlín

Centro de Innovación para la movilidad y cambio

social – Innoz Schneider Electric

Alemania 2018

Brasil 2016

I Jornada Científica RECIEE

Las jornadas científicas de la Red

RECIEE buscan mejorar aspectos

internos como la comunicación de

productos de conocimiento y el

sentido de pertenencia de la red.

Universidad CUC. Barranquilla, 13 y 14 de junio de 2017

Página Web RECIEE

Portal con resultados de proyectos, noticias,

publicaciones académicas,

informativas, eventos, etc. En temas de

eficiencia, gestión energética y energías

renovables.

Boletines RECIEELos boletines de la Red RECIEE pretenden difundir los principales

resultados de las actividades de la Red, así como temas de

actualidad, interés y pertinencia en el contexto de la transición

energética en el país.

Ediciones durante el programa de consolidación RECIEE

Todas las ediciones del Boletín RECIEE se

encuentran en nuestra página web:

www.reciee.com

Resultados proyectos RECIEE

Seguimiento reglamentación ley energías renovables Ley

1715 de 2014

Familia norma ISO 50001 – Sistemas de Gestión de Energía

Eventos en temáticas afines

Algunas temáticas


Posicionamiento e impactos de la Red RECIEE

Relación con actores como ONUDI (proyecto

transversal), USAID (Chiller Solar),

Universidad Técnica Federico Santa María

(proyecto gestión eco eficiente de procesos

de combustión).Ampliación de la Red y presencia en

más regiones del país. Nuevas

universidades e instituciones

vinculadas o en proceso: Universidad

EAN, Universidad Simón Bolívar,

Corporación Autónoma Regional de

Cundinamarca, CIDET, CAEM

Reconocimiento de la red RECIEE en el sector

internacional, afianzado por las misiones

internacionales y eventos internacionales.

Posicionamiento del congreso CIUREE como

un evento de encuentro académico con

enfoque Universidad-Empresa-Estado

Jornadas científicas

Red RECIEE como Agente integrador U-E-E

08/11/2018 15

Motivación- Experiencia formal de colaboración U-E-E

- Articular desempeño en innovación de las industrias con

las capacidades investigativas de las universidades

Necesidades

- Creación de empresas de base tecnológica

- Colaboración entre agentes del sector energético

- Facilitar recursos financieros, regalías, comercialización

de productos tecnológicos

Proyectos I+D+i

Congresos CUIREE

Comunicación, difusión

- Gestor de conocimiento y de innovación

Creación de conocimiento

Transferencia de conocimiento

Innovación

Apoyo al desarrollo de política pública

U

E

E

Misiones tecnológicas

Misión Red RECIEE

08/11/2018 16

Confianza de mercado

Prácticas académicas

Desarrollo de patentes

Nuevos modelos de negocios

Generación de empleo

Sostenibilidad de organizaciones

Creación valor industrial

Información real del mercado

ESCOs,Spin off

Formación académica

Prácticas académicas

Reconocer el conocimiento como un activo estratégico

Explotar fuentes de conocimiento para la innovación

Utilizar nuevas herramientas para el conocimiento especializado

Establecer mecanismos de comunicación efectivos

Reconocer barreras culturales de los participantes

Definir estrategias para la Gestión del Conocimiento

Competitividad a través d ela generación de valor para todos los actores

Modelo de gestión RECIEE como agente integrador. Impulsar la implementación de gestión del conocimiento en las organizaciones, .

Desarrollo de mecanismos de comunicación efectivos y un lenguaje común que facilite el establecimiento de acuerdos

de mutuo beneficio y alianzas universidad - empresa.

El contacto directo con la realidad empresarial y social para alinear demandas tecnológicas externas y las actividades

de investigación y desarrollo tecnológico interno en los grupos de investigación.

Desarrollar infraestructuras al interior de los grupos de investigación, en divulgación de las actividades y resultados

científicos y tecnológicos.

Fortalecimiento de la capacidad de gestión, para adaptación y orientación al cambio. Transición energética,

Pensamiento innovador y creativo al interior de los grupos de investigación

Definición de políticas de protección a la propiedad intelectual

Impulsar legislación que promueva la innovación y el emprendimiento. ESCOS, Spin Off

08/11/2018 17

Impacto y sostenibilidad

Impulsar políticas específicas con Colciencias para la continuidad del trabajo con redes de

conocimiento.

Cooperación internacional con las entidades de las misiones internacionales, entidades de cooperación multilateral

Plataformas de intercambio de conocimiento a partir de pasantías, congresos, publicaciones internacionales etc.

Continuar con la investigación en las áreas de gestión de la energía, eficiencia en usos finales de

energía y aprovechamiento de la bioenergía colombiana,fuentes renovables mediante proyectos de

investigación financiados por Colciencias y/o cofinanciados con entidas del sector energético y la

industria.

Mantener el posicionamiento de la red RECIEE, mediante la continuidad del congreso CIUREE, Jornadas

Científicas y los mecanismos de comunicación tales como los boletines, redes, pagina RECIEE y

publicaciones cientificas.

08/11/2018 18


Trabajo conjunto con el gobierno colombiano para la difusión la ley 1715 y sus documentos

reglamentarios. Como tambien en las estartegias y aciones del PROURE 2022

Fortalecer capacidades a usuarios finales en la adopción de la transición energética para lograr la

participación activa de la demanda en los nuevos escenarios energéticos (etiquetado energético,

medición inteligente, generación distribuida etc.)

Investigación de la problemática y diseño de soluciones sostenibles en toda la cadena energética para

lograr un servicio de energía eléctrica en la costa atlántica colombiana.

Apoyo y trabajo en conjunto con la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) en el

establecimiento y funcionamiento del Observatorio Colombiano de Energía, CONPES 3934 de 2018,

política de crecimiento verde.

08/11/2018 19

Participación en la generación de políticas en eficiencia energética y difusión de los elementos que se derivan de estas


Ofertas permanentes de cursos en modalidad virtual y presencial que atiendan a necesidades específicas

de los sectores de consumo final identificadas por la red.

Oferta de programas de posgrado conjuntos entre las diferentes universidades que hacen parte de la red

y facilidad de movilidad académica, vía gestión entre las entidades participantes. De igual manera se

están evaluando otros componentes académicos conjuntos como cátedras itinerantes, pasantías

académicas y oferta de educación continua en modalidad no formal.

Apoyo a la formulación de centros de excelencia en energía, centros de desarrollo tecnólogico para el

fomento a la investigación, desarrollo e innovación en energía.

Cooperación académica en la organización de congresos internacionales, posibilitando a su vez la

difusión del congreso CIUREE y la participación de conferencistas en nuevas áreas en próximas ediciones

del congreso.

08/11/2018 20

¡Gracias!Omar Prias

[email protected]

www.reciee.com

Luis de la Rosa

[email protected]


Red RECIEE @Red_Reciee

mailto:[email protected]

http://www.reciee.com

Implementación SGIE según

estándar ISO 50001 – Fase de

Impacto y Sostenibilidad de los

SGIE en el Sector Productivo

Omar Prias Director Red RECIEE

David Rojas, Candidato MSc, Grupo GRISEC


Implementación SGIE según estándar ISO 50001 –

Fase de Impacto y Sostenibilidad de los SGIE en el

Sector Productivo

08/11/2018 2

Entidades ejecutoras Entidades coejecutoras

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira

Universidad Autónoma de Occidente

Universidad del Atlántico

Universidad del Valle

El proyecto se configuró como un proyecto transversal

dentro del Programa RECIEE, teniendo como objetivo

central la consolidación del Sistema de Gestión Integral

de la Energía SGIE en el sector productivo colombiano.

Objetivo

08/11/2018 3

RESULTADOS

08/11/2018 4

Objetivo 1: Conciencia eficiencia energética

“Generar conciencia y culturaorganizacional acerca de la eficienciaenergética en el sector productivo nacionalmediante jornadas de divulgación ysensibilización sobre la importancia de la

mejora del desempeño energético.”

08/11/2018 5

Participación Comité 228 en Sistemas de Gestión de la Energía

Participación activa dentro del comité por parte de

RECIEE a través de la Universidad Nacional y Autónoma

de Occidente

Revisión versiones de avances en actualización de

norma ISO 50001

Traducción de Norma ISO 50006 sobre Línea de Base

energética e Indicadores

Apoyo e impulso a la norma de competencias para

implementación de sistemas de gestión de energía

Primera reunión expertos ISO 50001 para

latinoamérica

08/11/2018 6

• En el marco del V CIUREE

• 8 países participantes

• Iniciativas conjuntas posteriores

Proyecto Eficiencia Energética Industrial - EEI Colombia con

ONUDI – Sinergía generada con el programa SGIE

1. Desarrollo e

Implementación de

reglamentos técnicos

y estándares

2. Ampliación

programa SGiE

3. Optimización

de Sistemas de

Uso final de

energía

Componentes del programa EEI Colombia

Desarrollado por RECIEE en

alineación con su programa de consolidación

Proyecto Eficiencia Energética Industrial - EEI Colombia con

ONUDI

14

12

13

15

Boyacá Santander

Eje cafetero Norte de Santander

54

Empresas

0

5

10

15

Boyacá Santander Eje cafetero Norte deSantander

Manufacturera MineríaAlimentos y bebidas Servicios PúblicosOtros

Actividades económicas de las empresas del programa por regiones

Cantidad de empresas por regiones

08/11/2018 9

Cursos de Medición y Monitoreo para la Industria

Medición inteligente para

gestión de la energía

Medición en motores

eléctricos

Medición en producción de vapor

- calderas

Medición en producción de frio -refrigeración y aire

acondicionado

Auditorías energéticas

Asistentes a los cursos

Ciudades del país

Barranquilla

Bogotá

Medellín

Cali

08/11/2018 10

Objetivo 2: Vigilancia tecnológica

“Realizar Vigilancia Tecnológica sobre loselementos de uso final y los equipos demedición y registro de información en laindustria, que permitan dar soporte al SGIE.”

08/11/2018 11

Libro de vigilancia tecnológica en usos finales

de energía y herramientas de gestión

Disponible en www.reciee.com

Iluminación

Motores eléctricos

Calderas

Aire acondicionado VFR

Herramientas gestión energía


08/11/2018 12

Objetivo 3: Integración U-E-E

“Fomentar la integración de la academia ylos estamentos gubernamentales con elsector productivo para el desarrollo deproyectos de gestión energética en unasegunda etapa de profundización e impactoen la industria.”

Esquema de trabajo con industrias

08/11/2018 13

Decisión Estratégica para la

implementación de un SGIE

Implementación SGIE bajo

lineamientos ISO 50001

• Caracterizacion energética y productiva

• Concientización a la gerencia y criterios para iniciar proceso de implementación

• Elementos estructurales del SGE: política y comité energético.

• Desarrollo y documentación de elementos de planificación energética: revisión energética, IDEs, LBE.

Unificación de herramientas y metodologías

08/11/2018 14

• Plataforma de apoyo a la implementación de Sistemas de Gestión de energía bajo lineamientos ISO 50001

• Formatos y guías basadas en SGIE, ISO 50001 y aprendizaje de más de 10 años de trabajo con industria

• Alineación con normas de la familia ISO 50000

• Integración con metodología ONUDI

• Retroalimentación con gestores y profesores participantes de todo el país (alrededor de 40 personas)

08/11/2018 15

Decisión estratégica e implementación en industria

Empresas etapa de

decisión estratégica

RegiónN° de

EmpresasSectores

Centro 18

Termoeléctricas,

servicios, minero,

plásticos, cerámica,

alimentos

Valle del

Cauca17

Alimentos, servicios,

manufactura

Costa

Caribe15

Plástico, alimentos,

química, servicios

Empresas etapa de decisión estratégica• Alfagres

• American Rubber

• Armada Nacional

• Cerromatoso

• Cintalast

• Comestibles Ricos

• CORONA - Planta de pisos y

paredes Madrid

• General Motors Colmotores

• Gloria Colombia, Planta

Cogua

• Instituto Roosevelt

• Ladrillera Gredos

• Milpa

• Pack Film

• Packing S.A

• Teamfoods Colombia S.A

• Termo Paipa

• Alquería Valle

• Cafexcoop Trilladora

• Colombates

• Harinera del Valle

• Industrias Alimenticias el

Trebol

• Manjar Blanco Navideño

• OVO Paciific

• Diario el País

• Acesco

• Clínica Porto Azul

• Coca Cola Bquilla

• Dow Agrosciences

• Dow Química

• Gelco

• Hotel Barranquilla Plaza

• Hotel Puerta del Sol

• Impuche

• Monómeros Colombo Venenzolanos

• Tapón Corona

• Team Foods Barranquilla

• Centelsa S.A

• Clínica San Fernando

• Coca Cola

• Fleischmann - Food

• Flexa

• Impadoc S.A

• Tapón Corona

• Universidad Autónoma de Occidente

• Universidad Nacional

• Inversiones la mejorana

• Alival

• Industrias EMU

• Laboratorios Ross D Ellen S.A.S

• Litoplas S.A.

08/11/2018 17

Decisión estratégica e implementación en industria

Empresas etapa de

implementación

RegiónN° de

EmpresasSectores

Centro 9

Termoeléctricas,

servicios, minero,

plásticos, cerámica,

alimentos

Valle del

Cauca8

Alimentos, servicios,

manufactura

Costa

Caribe8

Plástico, alimentos,

química, servicios

Empresas etapa de implementación

• Alfagres

• Armada Nacional

• Cotecmar

• Intecplast

• PackFilm

• Teamfoods Colombia S.A

• Termo Cartagena

• Termo Paipa

• Termozipa

• Universidad Nacional de Colombia

• CENTELSA S.A

• Clínica San Fernando

• Coca Cola

• Team Foods Soplado

• Flexa

• FLEISCHMANN-FOOD.

• IMPADOC S.A

• Tapón Corona

• UAO

• Acesco

• Coca Cola

• Impuche

• Laboratorios Ross D Ellen S.A.S

• Monómeros Colombo

Venenzolanos

• Tapón Corona

• Team Foods Refinería

Sectores empresas beneficiarias de los programas

de la red RECIEE

08/11/2018 19

Alimentos; 43

Plásticos; 16

Químico y Farmacéutico; 15Cerámicos; 11

Metalmecánico; 11

Materiales de construcción; 8

Acueducto; 5

Siderúrgico; 5

Impresión; 4

Operación Logística; 4

Generación de energía; 3

Hospitalario; 3

Servicios; 3

Textil; 3

Otros; 19

Más de 10 años de trayectoriaen formento a los Sistemasde Gestion de Energía

• Modelo SGIE (2007)• PEN SGIE(2010-2013), • RECIEE (2014-2018) • EEI Colombia (2016-2018)

Sectores de consumo representativos y cubrimiento de 8 regiones el país

Resultados adicionales

• Libro: Metodología para la planificación energética a partir de la norma ISO

50001. Autores: Rosaura del Pilar Castrillón, Adriana Janeth González.

Programa Editorial Universidad Autónoma de Occidente. ISBN: 978-958-8994-

59-8. Primera Edición, 2018.

• Nuevas herramientas para apoyar la implementación del SGE:

• Metodología para implementación en sector hospitalario.

• Mejora del desempeño energético involucrando la eficiencia estacionaria

en el diseño del control operacional.

• 4 artículos publicados en revistas internacionales, 4 artículos publicados en

revistas nacionales, 6 artículos publicados en las memorias del V CIUREE y 2

artículos presentados en el VI CIUREE.

Gracias

Omar Prias

[email protected]

Director Red RECIEE

Red RECIEE @Red_Reciee

David Rojas

[email protected]

Candidato MSc. Ing. Industrial

www.reciee.com



Modelos de planeación de la

producción enfocados a la

eficiencia energéticaAna Cecilia Escudero A.

Grupo de Energía y Termodinámica – UPB

Segunda Jornada Científica de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética

Bogotá, octubre 24 de 2018

Objetivos del proyecto

Objetivo General:

Desarrollar y aplicar al sector productivo modelos novedosos de planeación de la producción que tengan como objetivo el incremento de la eficiencia energética, incrementando la productividad y competitividad de la región.

08/11/2018 2


Objetivos Específicos:

Realizar un proceso de vigilancia tecnológica alrededor del estado del arte de los modelos de planeación de la producción haciendo énfasis en aquellos que poseen criterios multiobjetivo.

Realizar una actualización de las capacidades institucionales en temas de eficiencia energética y modelos de planeación de la producción.

Desarrollar al menos (2) nuevos modelos generales de planeación de la producción multiobjetivo, donde la eficiencia energética juegue un papel preponderante.

08/11/2018 3


Objetivos Específicos:

Divulgar los resultados obtenidos en la fase de investigación y desarrollo con el fin de vincular empresas del sector productivo para la fase de aplicación práctica de los modelos.

Aplicar los modelos desarrollados en empresas de diferentes sectores y regiones del departamento, adecuándolos a las condiciones particulares de las mismas

08/11/2018 4

Actividades realizadas

Se realizó un estudio de vigilancia tecnológica y del estado del arte de modelos de planeación de la producción que considerara la eficiencia energética. El resultado en el momento mostraba pocas publicaciones pero en tendencia creciente.

Con el fin de actualizar las capacidades de los grupos de investigación del proyecto, se asistió a un congreso sobre eficiencia energética IETC 2015 en Estados Unidos y al Congreso sobre investigación en procesos ICPR-2016 en Chile.

Se realizaron jornadas de capacitación mutua entre los investigadores del proyecto; quienes eran expertos en eficiencia energética aprendieron las bases de la planeación de la producción y viceversa.

08/11/2018 5


Se desarrolló primero el modelo “flow shop” y luego el modelo “job shop” usando algoritmos genéticos. Dado que las aplicaciones comerciales de programación de operaciones son limitadas en el uso de variables energéticas, se decidió programar un software especial para correr los modelos, de forma que fuera fácil de usar y se pudiesen considerar por lo menos tres objetivos energéticos.

Los modelos se validaron usando herramientas de simulación.

Los modelos fueron aplicados en tres empresas, para las cuales se realizó una completa caracterización de procesos y la medición de variables en campo.

Se divulgaron los avances y resultados en eventos nacionales e internacionales y se incorporó la temática en un curso de postgrado.

08/11/2018 6

Productos finales

Informe de vigilancia tecnológica.

Una ponencia y un poster en el V CIUREE 2016.

Una ponencia en el International Conference on Production Research – ICPR, Chile, 2016.

Un registro del software Energy Aware Production Scheduling Software - EAPSS.

Un artículo aceptado para publicación en el Engineering Management Journal -EMJ (Revista internacional Q2).

Una tesis de maestría (con mención honorífica en la Universidad Nacional-SedeMedellín).

08/11/2018 7

Propuestas de nuevos temas de investigación a

partir de los resultados obtenidos

Simulación de equipos consumidores de energía térmica que incluya etapatransitoria.

Construcción del modulo de costos del EAPSS (al momento los resultados están enunidades de energía).

08/11/2018 8

Gracias

Ana Cecilia Escudero A.

[email protected]

www.reciee.com

Bogotá, noviembre 6 de 2018

Diseño de una metodología para la gestión eco-eficiente de

procesos de combustión, caso de estudio: la industria de

refinación del petróleo

Código: 110154332086

Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov Investigador principal del proyecto

Centro de Investigación para el Desarrollo Sostenible en Industria y Energía –

CIDES

Universidad Industrial de Santander




Objetivo General

Diseñar una metodología para la gestión eco-eficiente de procesos de combustión, tomando como caso de estudio la industria de la refinación del petróleo.

03/11/2018 2


Objetivos específicos:

1. Evaluar la desviación de productos intermedios a la red de combustible.

2. Evaluar la eficiencia energética, las emisiones ambientales de los procesos de combustión, mediante el análisis del comportamiento de las mezclas combustibles, en una cámara de combustión instrumentada de laboratorio.

3. Diseñar la logística para el aprovechamiento de gases de refinería como combustible en los procesos de combustión.

4. Determinar los índices para la gestión de los procesos de combustión de los gases residuales de refinería, integrando aspectos ambientales y de seguridad de procesos.

03/11/2018 3


OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES

1. Evaluar la desviación de productos

intermedios a la red de combustible.

Inventario de gases que conforman la red de combustible del proceso de

refinación.

Identificación de las fuentes de mezclas, características, históricos de

calidades y cantidades.

Revisión de diagramas de procesos en las que intervienen los gases

combustibles.

Revisión de condiciones de proceso.

Revisión de normas de operación de equipos y condiciones de proceso.

2. Evaluar la eficiencia energética, las

emisiones ambientales de los procesos

de combustión, mediante el análisis del

comportamiento de las mezclas

combustibles, en una cámara de

combustión instrumentada de

laboratorio.

Selección del equipo de laboratorio para realizar la evaluación de las

mezclas tipo

Desarrollo del modelo para cuantificación de emisiones.

Utilización del modelo desarrollado para evaluar métodos y/o

procedimientos que favorezcan la reducción de emisiones, considerando

parámetros de operación y diseño de los equipos.

Comparación de los resultados obtenidos con el modelo con datos de

monitoreo de planta.

03/11/2018 4

Actividades realizadas OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES

3. Diseñar la logística para el

aprovechamiento de gases de refinería

como combustible en los procesos de

combustión.

Determinación de los intervalos óptimos de mezcla que favorezcan la eficiencia térmica

Identificación de las condiciones de operación para cumplimiento de normas de seguridad

de procesos.

Determinación de restricciones ambientales para la combustión de gases de refinería.

Evaluación de parámetros energéticos, ambientales y de seguridad.

Vigilancia tecnológica de combustión de mezclas de gases de refinería para

determinación de tendencias tecnológicas.

Determinación de las leyes de mezclas para los gases de refinería.

Diseño de procedimientos para la gestión de mezclas de gases.

Experimentación de la mezcla tipo en reactor instrumentado de laboratorio sobre 2

aceros típicos de refinería.

Caracterización de los aceros seleccionados después de la exposición a la mezcla tipo

para observar los fenómenos corrosivos.

Determinar la cinética y mecanismos de formación de productos de corrosión generados

por la mezcla tipo.

Sugerir recomendaciones sobre el proceso de combustión respecto a la mezcla de gases

evaluada.

03/11/2018 5

Actividades realizadas OBJETIVO RELACIONADO ACTIVIDADES

4. Determinar los índices para la gestión

de los procesos de combustión de los gases

residuales de refinería, integrando

aspectos ambientales y de seguridad de

procesos.

Establecimiento de las condiciones de operación para cumplimiento de normas de

seguridad de procesos.

Determinación de las restricciones y parámetros de medición de los aspectos

ambientales.

Recolección de información (Artículos, libros, tesis), donde se encuentran temas

relacionados con las metodologías para la determinación de los índices de los procesos de

combustión en aspecto ambientales y de seguridad de procesos, así como para la

determinación de los índices termo-económicos de las mezclas de gases de refinería.

Planteamiento de la metodología a seguir para la determinación del índice

termoeconómico de mezclas de gases en un horno de refinería.

Establecer la topología del proceso, balances de masa, energía y cálculo de propiedades

termodinámicas de un horno que utiliza mezcla variable de gases en la refinería de

Barrancabermeja.

Realizar un análisis exergético y darle costo a las irreversibilidades del proceso llevado a

cabo en el horno que utiliza mezcla variable de gases en la refinería de

Barrancabermeja.

Realizar el análisis económico del proceso, teniendo en cuenta vida útil de las tuberías y

del equipo, mantenimiento, costo de gases, etc, en el horno que utiliza mezcla variable

de gases en la refinería de Barrancabermeja.

Determinar un índice termoeconómico del proceso llevado a cabo en el horno que utiliza

mezcla variable de gases en la refinería de Barrancabermeja.

03/11/2018 6

Productos finales

03/11/2018 7

ARTÍCULOS PUBLICADOS: 15 en revistas internacionales y 2 artículos científicos publicados en revistas

nacionales clasificación COLCIENCIAS A y B.

1. Artículo en revista internacional: Evaluation of combustion models for determination of refinery furnaces efficiency

Oscar Cala, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra.Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 23 Nº 3,

2015, pp. 429-438 Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS

Disponible: https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0718-33052015000300012&lng=pt&nrm=is&tlng=es 2. Artículo en revista nacional: Optimización de la combustión utilizando como criterios de evaluación el índice de Wobbe y

el número de metano. María Gómez, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra

REVISTA ITECKNE Vol. 11 Número 1 • ISSN 1692 - 1798 • ISSN Digital 2339-3483 • Junio 2014 • 76 – 83

Indexada en A2 por COLCIENCIAS

Disponible: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-17982014000100009 3. Artículo en revista nacional: Efecto de la composición del gas de refinería sobre las características del proceso de

combustión

Oscar Cala, Lourdes Meriño, Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra. Revista Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 12,

No. 23 pp. 101- 112 - ISSN 1692-3324 - julio diciembre de 2013/184 p. Medellín, Colombia. Indexada en A2 por COLCIENCIAS

Disponible://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S169233242013000200009&script=sci_abstract&tlng=pt

Compromiso adquirido: 4 artículos en revistas indexadas

Productos finales

03/11/2018 8



4. Artículo en revista internacional: Influence of Fuel Mixtures and Biomass on Efficiency and Safety in Combustion Process

Viatcheslav Kafarov, Lourdes Meriño, Jaqueline Saavedra, Antonio Zuorro. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 38,

2014

ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS

Disponible: http://www.aidic.it/cet/14/38/013.pdf 5. Artículo en revista internacional: Computer Aided Evaluation of Eco-Efficiency of Refinery Combustion Process. Jaqueline

Saavedra, Lourdes Merino, Viatcheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 32, 2013 ISBN 978-88-95608-51-

8; ISSN 2283-9216

Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS

Disponible: http://www.aidic.it/cet/13/32/037.pdf

6. Artículo en revista internacional: Determination of the Gas Composition Effect in Carbon Dioxide Emission at Refinery

Furnaces

Jaqueline Saavedra, Lourdes Merino, Viatcheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 35, 2013. ISBN 978-

88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2 por COLCIENCIAS


Productos finales

03/11/2018 9



7. Artículo en revista internacional: Methodology for Evaluation of Corrosion Damage During Combustion Process in Refinery

and Petrochemical Industry. Case Study: AISI 304 and ASTM A335 P5 Steels. Aníbal Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Lourdes

Meriño

CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 61, 2017 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216. Indexada en categoría A2


8. Artículo en revista internacional: Study of the continuous corrosion in an oxidation environment derived from the

theoretical combustion products in a refinery. Case study: Ferritic steel ASTM A335 P91. Anibal Alviz*, Viatcheslav Kafarov,

Darío Yesid Peña-Ballesteros. IOP Conf. Series: Journal of Physics, 935, 012057, 2017 ISSN 17426588, 17426596. Indexada en

categoría B por COLCIENCIAS

Disponible: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/935/1/012057/pdf

9. Artículo en revista internacional: Effects of oxidation-nitridation in the presence of water vapor on ASTM A335 P92 steel

using SEM-EDS and XPS characterization techniques. Juan C. Orozco*, Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña-Ballesteros,

Aníbal Alviz

IOP Conf. Series: Journal of Physics, 935, 012056-2017. ISSN 17426588, 17426596. Indexada en categoría B por COLCIENCIAS

Disponible: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/935/1/012056/pdf

Productos finales

03/11/2018 10



10. Artículo en revista internacional: Study of corrosive behavior of ASTM A335 P92 steel exposed to simulated refinery

environments.

Juan Orozco, Viatcheslav Kafarov, Darío Peña, Anibal Alviz Journal of Material Sciences & Engineering, 6(10), 4172 ISSN:

2169-0022

Indexada Categoría B en COLCIENCIAS

Disponible: https://www.omicsonline.org/proceedings/study-of-corrosive-behavior-of-astm-a335-p92-steel-exposed-to-

simulated-refinery-environments-80795.html

11. Articulo en revista internacional: Evaluation of Cyclic Corrosion on ASTM A335 P92 Steel Exposed to a Combustion

Atmosphere in a Horizontal Boiler, 67(2017), 13–18. Orozco, J., Alviz-meza, A., Kafarov, V., Peña-, D. Y., Osses, C., & Pinto,

M. (2018). https://doi.org/10.3303/CET1867003 12. Artículo en revista internacional: Evaluation of corrosion damage obtained during the combustion process in a boiler.

Case study: ferritic steel ASTM A335 P91 Aníbal Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros CHEMICAL

ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada en categoría A2

Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70

Productos finales

03/11/2018 11



13. Artículo en revista internacional: Study of Continuous Corrosion on ASTM A335 P91 Steel in an Environment of CO2-O2-

N2-H2O Derived from the Theoretical Combustion Products of a Mixture of Refining Gases at High Temperatures Aníbal

Alviz*, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros, Javier Sanabria. Ballesteros CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS,

vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada en categoría A2


14. Artículo en revista internacional: Evaluation of Cyclic Corrosion on ASTM A335 P92 Steel Exposed to a Combustion

Atmosphere in a Horizontal Boiler. Juan C. Orozco*, Aníbal Alviz, Viatcheslav Kafarov, Darío Y. Peña Ballesteros, Camilo

Osses, María Pinto. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, vol 70, 2018 ISBN 978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216 Indexada

en categoría A2


15. Artículo en revista internacional: Methodology for the Analysis of ASTM A335 P92 Steel Exposed to Real Atmospheres of

Refinery Combustion. Juan Orozco, Viatcheslav Kafarov, Dario Peña. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN 978-88-

95608-51-8; ISSN 2283-9216.


Productos finales

03/11/2018 12



16. Artículo en revista internacional: Exergetic analysis of combustion processes of variable mixtures of refinery residual

gas. Effect of propane Daniel Barragan, Sergio Morales, Viatcheslav Kafarov.CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN

978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216

Disponible: https://www.cetjournal.it/index.php/cet/issue/view/vol70 17. Artículo en revista internacional: 3D CFD simulation of combustion in furnaces using mixture gases with variable

composition. Sergio Morales, Daniel Barragan-Noriega, Viacheslav Kafarov. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, ISBN

978-88-95608-51-8; ISSN 2283-9216


Productos finales

03/11/2018 13

TESIS DE MAESTRÍA: 4 finalizadas y 2 en desarrollo(6 estudiantes).

1. Tesis de maestría finalizada: “Desarrollo de un modelo predictivo para determinar las mezclas óptimas de

combustibles gaseosos utilizados en hornos de craqueo térmico para la disminución de gases de efecto invernadero

(GEI)”. Estudiante Angélica Carreño. Directores: Viatcheslav Kafarov.

2. Tesis de maestría finalizada: “Determinación de un índice de eficiencia energética para los procesos de

combustión de los gases de refinería”. Estudiante: Oscar Mauricio Cala Parra. Directores: Viatcheslav Kafarov,

Lourdes Meriño y Jacqueline Saavedra.

TESIS DE DOCTORADO: 1 finalizada y 1 en desarrollo (2 estudiantes).

1 Tesis doctoral finalizada: Diseño de una metodología para lograr una combustión eco-eficiente y segura de mezcla

de gases. Estudiante: Lourdes Isabel Meriño Stand, Directores: Viatcheslav Kafarov, Jacqueline Saavedra.

1 Tesis doctoral en curso: Evaluación de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 en una atmósfera de

combustión típica de un horno de refinería a altas temperaturas. Estudiante: Aníbal Alviz Meza.

Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros, Francisco Javier Pérez Trujillo.

Compromiso adquirido: 1 tesis doctoral.

Compromiso adquirido: 3 tesis de maestría

Productos finales

03/11/2018 14

TESIS DE MAESTRÍA: 3 finalizadas y 3 en desarrollo(6 estudiantes).

3. Tesis de maestría finalizada: Diseño de la logística para el aprovechamiento óptimo de los gases de refinería

teniendo en cuenta aspectos energéticos, ambientales y de seguridad. Estudiante: María del Pilar Gomez Olachica

Directores: Viatcheslav Kafarov.y Jacqueline Saavedra .

4. Tesis de maestría finalizada: Estudio de la corrosión isotérmica en ambientes simulados de refinería de:

oxidación, oxidación-carburización y oxidación nitridación, considerando el efecto del vapor de agua sobre el acero

ASTM A335 P92 a altas temperaturas. Estudiante: Juan Carlos Orozco Agamez. Directores: Viatcheslav Kafarov y

Darío Yesid Peña Ballesteros

5. Tesis de maestría en curso: Estudio del efecto de la variabilidad del poder calorífico de las mezclas de gases en

la combustión en hornos de refinería mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)

Estudiante: Sergio Andrés Morales Restrepo. Director: Viatcheslav Kafarov

6. Tesis de maestría en curso: Análisis termoeconómico de procesos de combustión de mezclas de gases residuales

en refinería. Estudiante: Daniel Ricardo Barragán Noriega- Director: Viatcheslav Kafarov

Productos finales

03/11/2018 15

TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 10 tesis de grado (19 estudiantes).

1.Tesis de pregrado finalizada: Modelamiento y simulación de los perfiles de composición y temperatura de un

horno de combustión, variando la composición del gas combustible. Estudiantes: Ingrid Paola Camargo Madrigal y

Merlin Viviana Mogollon Chavez. Directores: Viatcheslav Kafarov y Lourdes Meriño Stand

2. Tesis de pregrado finalizada: Diseño experimental y simulación de la corrosión a alta temperatura de los aceros

ASTM A335 (P5) y AISI 304 ocasionada por la combustión de mezclas de gases utilizado en hornos de la refinería de

Barrancabermeja. Estudiantes: Diego Armando Nemojon Puentes y Angie Tovar. Directores: Viatcheslav Kafarov y

Lourdes Meriño Stand

3.Tesis de pregrado finalizada: Evaluación de la corrosión del acero ASTM A335 P92 sometido a altas temperaturas

bajo una atmosfera de oxidación-nitridación típica de una refinería. Presentado por: María Natalia Mayorga Niño y

María Jimena Rueda Patiño. Directores: Viatchselav Kafarov y Juan Carlos Orozco.

4. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas.

Caso de estudio: atmósfera de oxidación-nitridación de la refinería Presentado por: Juan Manuel Ortiz Arévalo

Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros y Aníbal Alviz Meza.

Compromiso adquirido: 3 tesis de pregrado

Productos finales

03/11/2018 16


5. Tesis de pregrado finalizada: Oxidación continua del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas. Caso de estudio:

ambiente oxidante derivado de los productos de combustión de una mezcla de gases de la refinería.

Presentado por: Javier Alexis González Moreno y Álvaro José Pinzón Sarquez. Directores: Darío Yesid Peña

Ballesteros y Aníbal Alviz Meza.

6. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión en un ambiente de combustión típico de una caldera a alta

temperatura: caso de estudio acero ASTM A285 GR. C. Estudiantes: Laura Marcela Ardila Pinzón y Yuleyxi Tatiana

Granados Vera. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal Alviz Meza

7. Tesis de pregrado finalizada: Evaluación de la corrosión continua del acero ASTM A335 P91 en una atmósfera de

oxidación-nitruración resultante de los productos de combustión de un horno de refinería a 450°c Estudiantes:

Mario Andrés Echeverría Ortega y Effer Junior Páez Cure. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal Alviz Meza

8. Tesis de pregrado finalizada: Estudio de la corrosión continua a altas temperaturas en un ambiente de

carburización derivado de una mezcla de gases de combustión de una refinería. Caso de estudio: acero ASTM A335

P91 Estudiantes: Siris Julieth Ortiz Vanegas y Laura Isabel Rincón Jaimes. Directores: Viatcheslav Kafarov y Aníbal

Alviz Meza

Productos finales

03/11/2018 17


9. Tesis de pregrado finalizada: Oxidación continúa del acero ASTM A335 P91 a altas temperaturas. Caso de estudio:

atmósfera oxidante derivada de los productos de combustión teóricos de una mezcla modelo de gases de refinería

Estudiantes: Laura Daniela López Delgado y Yenny Patricia Ostos Rodríguez Directores: Viatcheslav Kafarov y

Aníbal Alviz Meza

10. Tesis de pregrado finalizada: Evaluación del comportamiento del acero ASTM A335 P92 expuesto a un ambiente

de corrosión real en una caldera horizontal Estudiantes: Juan Camilo Osses Abaunza y María Fernanda Pinto Ortiz.

Directores: Viatcheslav Kafarov, Darío Yesid Peña Ballesteros y Juan Carlos Orozco Agamez.

Productos finales

03/11/2018 18

TRABAJOS EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.

1. Evento internacional: 9th SWEDES 2014 –Venecia del 20 al 27 de septiembre de 2014.

Ponencia: “Effect of the variability of the composition of the fuel gas on the methane number at furnaces at refinery”.

2. Congreso internacional: PRES 2014. 23 – 27 agosto, Praga – República Checa:

Ponencia: Predictive model to define mixtures of fuel gas optimal used in furnaces for thermal cracking for reducing

greenhouse gases.

Ponencia: Combustion optimization using methane number and wobbe index as evaluation criteria

3. Congreso internacional: V CIUREE Congreso Internacional de Eficiencia y Gestión Energética, Cartagena del 3 al 5 de

febrero de 2016. Se realizaron las siguientes ponencias:

Ponencia oral: Evaluación del daño por corrosión de los aceros AISI 304 Y ASTM P5 en atmósferas generadas durante el

proceso de combustión en industrias petroquímicas.

4. Congreso internacional: IMCCRE 2016 International Mexican Congress on Chemical Reaction Engineering, Queretaro-

Mexico, del 5 al 9 de junio. Se realizó la siguiente ponencia:

Ponencia oral: Evaluation of corrosion damage of the steels AISI 304 and ASTM P5 in atmospheres generated during the

combustion process in petrochemical industries.

Productos finales

03/11/2018 19

PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.

5-7 Congreso internacional: 4TH IMRMPT 2017 International Meeting for Researchers in Materials and Plasma technology,

Santamarta del 23 al 26 de mayo. Se realizaron las siguientes ponencias:

Poster: “Study of oxidation in a typical corrosion atmosphere from a refinery furnace at high temperatures. Case study,

ferritic steel ASTM A335 P91”.

Poster: “Study of nitridation in a typical corrosion atmosphere from a refinery furnace ay high temperatures. Case study,

ferritic steel ASTM A335 P91”.

Poster: “Effects of oxidation-nitridacion in the presence of water vapor on ASTM A335 P92 steel using SEM-EDS and XPS

characterization techniques”.

8. Congreso internacional: ThEOR 2017, en Kazan, Rusia del 19 al 23 de junio.

Ponencia oral: “Methodology for evaluation of corrosion damage during fire flooding for enhanced oil recovery. Case

study: AISI 304 and ASTM A335 P5 steels”.

9. Congreso internacional: “SEEP 2017 - 10th International Conference on Sustainable Energy & Environmental

Protection” en Bled, Eslovenia del 27 al 30 de junio de 2017.

Ponencia oral: “CFD simulation of combustion in a furnace using mixture gases with variable calorific value”

Productos finales

03/11/2018 20

PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 participaciones en congresos internacionales y 1 congreso nacional.

10. Congreso nacional: XI Congreso Colombiano de Métodos Numéricos. En Bucaramanga, Colombia del 16 al 18 de agosto

de 2017.

Ponencia oral: “Simulación Numérica de la combustión en hornos usando mezclas de gases con poder calorífico

variable”.

11. Congreso internacional: 10th WCEE 2017 En Barcelona, España de 1 al 5 de octubre de 2017, en el cual se presentó el

trabajo “Methodology for evaluation of corrosion damage obtained during the combustion process in a boiler. Case study:

Ferritic steel ASTM A335 P91”.

12-15. Congreso internacional: Conferencia internacional de energías sostenibles & Worskhop materiales para nuevas

tecnologías de energía – COIES- Workshop Red de eficiencia energética RECIEE Universidad Industrial de Santander (UIS),

Bucaramanga. Octubre 17-20 de 2017.

Poster: “Simulación de la combustión en hornos usando mezclas de gases con composición variable mediante CFD"

Poster: "Análisis exergético de procesos de combustión de mezclas de gases residuales de refinería"

Presentación oral: “Estudio del efecto corrosivo de una atmósfera de combustión derivada de una mezcla de gases de

refinería a altas temperaturas. Caso de estudio: acero ferrítico ASTM A335 P91”

Presentación Oral: “Efectos del ambiente corrosivo simulado de refinería: oxidación-nitridación sobre el acero ASTM

A335 P92”

Productos finales

03/11/2018 21

PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 trabajos en congresos internacionales y 1 congreso nacional.

16-17. Congreso internacionaI: XCIM 2017 Congreso Internacional de Materiales, Barranquilla del 14 al 16 de noviembre.

Se realizaron las siguientes ponencias:

Ponencia oral: “Nitrides an oxides on ASTM A335 P91 steel in a corrosion environment derived from a mixture of flue

gases from Barrancabermeja’s refinery”.

Ponencia oral: “Corrosion evaluation of ASTM A335 P92 steel exposed to a simulated refinery environment: oxidation-

water vapor”.

18-21. Congreso internacional: VI CIUREE Congreso Internacional de Eficiencia y Gestión Energética, Barranquilla del 7 al

9 de febrero de 2018. Se realizaron las siguientes ponencias:

Ponencia oral: “Estudio del comportamiento de un material utilizado en la industria de refinería frente a una atmósfera

de combustión característica de la refinería de Barrancabermeja”.

Poster: “Estudio de la corrosión continua sobre el acero ASTM A335 P91 en un ambiente de CO2-O2-N2-H2O derivado de

los productos de combustión teóricos de una mezcla de gases de refinería”.

Poster: “Simulación numérica tridimensional de la combustión en hornos con gases de composición variable usando CFD”

Poster:” Efecto del propano sobre el desempeño exergético de la combustión en un horno de refinería”

Productos finales

03/11/2018 22

PARTICIPACIÓN EN EVENTOS: 24 trabajos en congresos internacionales y 1 congreso nacional.

22-25 Congreso internacional: PRES 2018. 25 – 29 agosto, Praga – República Checa:

Ponencia Oral: Methodology for the Analysis of ASTM A335 P92 Steel Exposed to Real Atmospheres of Refinery

Combustion.

Ponencia oral: 3D CFD simulation of combustion in furnaces using mixture gases with variable composition.

Poster: Study of Continuous Corrosion on ASTM A335 P91 Steel in an Environment of CO2-O2-N2-H2O Derived from the

Theoretical Combustion Products of a Mixture of Refining Gases at High Temperatures.

Poster: Exergetic analysis of combustion processes of variable mixtures of refinery residual gas: Effect of propane.

Productos finales

03/11/2018 23

Evento de divulgación de resultados: Conferencia Internacional de Energía Sostenible y workshop

materiales para nuevas tecnologías de Energía, Octubre de 2017.

Compromiso: Realización de evento de divulgación de resultados del proyecto.

Productos finales

03/11/2018 24

LABORATORIO CORROSION ALTA TEMPERATURA GIC: ubicado en el Parque Tecnológico Guatiguará,

UIS, Piedecuesta, Santander.

Equipos adquiridos con recursos del proyecto

Propuestas de nuevos temas de investigación a partir de

los resultados obtenidos Estudio y optimización de parámetros geométricos de un horno de refinería para mejorar su rendimiento operando con mezclas de

gases usando CFD. Determinación de patrones de flujo, temperatura y emisiones contaminantes mediante simulación acoplada en CFD en hornos de

refinería

Diseño y aplicación de una metodología para el estudio de los efectos producidos a partir del uso de gases de refinería en los aceros utilizados en equipos a escala piloto.

Estudio de la corrosión en ambientes duales compuestos de gases de combustión y crudo, en condiciones tipicas de refinería de petróleo en Colombia.

Desarrollo de un recubrimiento para inhibir la corrosión en los hornos de refinería a partir de residuos solidos. Optimización matemática de parámetros de operación de un horno de refinería que usa gases de refinería, teniendo como objetivo el

rendimiento termoeconómico.

Estudio del efecto de la geometría de un horno de refinería sobre su rendimiento termoeconómico.

03/11/2018 25

Gracias

Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov [email protected]

www.reciee.com


ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE LOS

BIOCOMBUSTIBLES PRODUCIDOS CON BIOMASA AUTÓCTONA CON EL

FIN DE AUMENTAR LA ECOEFICIENCIA EN LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS

EN LOS SECTORES RESIDENCIAL E INDUSTRIAL CON ÉNFASIS EN LAS

ZONAS NO INTERCONECTADAS DE COLOMBIA.

Código: 1101-543-32153

Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov Investigador principal del proyecto

Centro de Investigación para el Desarrollo Sostenible en Industria y

Energía - CIDES

Universidad Industrial de Santander




02/11/2018 2

GENERAL:

Estudiar y caracterizar la combustión de biocombustibles producidos con biomasa autóctona con el

fin de aumentar la eco-eficiencia en los sistemas energéticos en los sectores residencial e industrial

con énfasis en las zonas no interconectadas de Colombia.


02/11/2018 3

ESPECÍFICOS:

1. Realizar Inventario de biomasa autóctona apta para ser transformada en biocombustibles sólidos.

2. Seleccionar cuatro tipos de biomasa sólida promisorios para uso en aplicación en temas industriales, para el

reemplazo completo de combustibles no renovables o co-combustión.

3. Seleccionar cuatro tipos de biomasa promisoria para el uso en la generación de energía en zonas no

interconectadas.

4. Estudiar y seleccionar los métodos óptimos de compactación de biomasa preseleccionada.

5. Estudiar la combustión de biomasa compactada para el reemplazo completo de combustibles no renovables o en co-

combustión y evolución de la eficiencia energética.

6. Aplicar las herramientas de Análisis de Ciclo de Vida a los combustibles sólidos seleccionados.

7. Elaborar las recomendaciones necesarias para la implementación de biocombustibles producidos de biomasa

autóctona de Colombia en el sector industrial, domestico residencial y en zonas no interconectadas.


02/11/2018 4


1. Realizar Inventario de biomasa

autóctona apta para ser transformada

en biocombustibles sólidos.

Identificar las principales fuentes de Biomasa autóctona con potencial

energético.

Establecer los perfiles geográficos de existencia, generación, necesidad y

condiciones de aprovechamiento de acuerdo al tipo de recurso identificado.

Cuantificar el volumen potencial de biomasa existente según los perfiles

establecidos.

Definir las condiciones de uso y aprovechamiento óptimas para la explotación

energética de las fuentes biomásicas identificadas.

2. Seleccionar cuatro tipos de

biomasa sólida promisorios para uso

en aplicación en temas industriales,

para el reemplazo completo de

combustibles no renovables o co-

combustión.

Revisión bibliográfica de estudios de aplicación de biomasa a nivel industrial.

Revisión de tecnologías de combustión que utilizan biomasa sólida.

Establecer los aspectos técnicos, ambientales, productivos y económicos de

usos potenciales y explotación de los recursos.

3. Seleccionar cuatro tipos de

biomasa promisoria para el uso en la

generación de energía en zonas no

interconectadas.

Cuantificar las necesidades energéticas particulares de las zonas de estudio.

Establecer parámetros de medición y comparación para la selección de la

biomasa.

Identificar los rendimientos técnicos, ambientales y el impacto potencial de

los recursos analizados.


02/11/2018 5


4. Estudiar y seleccionar los métodos

óptimos de compactación de biomasa

preseleccionada.

Definir las condiciones técnicas de operación necesarias para la explotación

óptima del potencial de los recursos biomásicos seleccionados.

Seleccionar los equipos para la compactación de biomasa.

Simular procesos de compactación de biomasa.

Diseño del proceso óptimo para la compactación.

Compactar en las diferentes formas (pellets, briquetas).

5. Estudiar la combustión de biomasa

compactada para el reemplazo

completo de combustibles no

renovables o en co-combustión y

evolución de la eficiencia energética.

Analizar los parámetros de operación en el proceso de combustión de la

biomasa compactada.

Evaluar los resultados energéticos de combustión en los escenarios de

reemplazo completo y co-combustión.

Evaluar los resultados ambientales de combustión en los escenarios de

reemplazo y co-combustión.

Estudiar los principales parámetros de eficiencia energética asociados a la

combustión de la biomasa sólida.


02/11/2018 6


6. Aplicar las herramientas de Análisis

de Ciclo de Vida a los combustibles

sólidos seleccionados.

Identificación de las fases.

Identificación de las entradas y salidas de cada una de las fases, incluyendo lo

relacionado con la extracción de materias primas, su transformación, el

diseño y fabricación en las diferentes formas (pellets, briquetas), su uso y

posterior disposición.

Desarrollo de análisis comparativo basado en el impacto ambiental.

7. Elaborar las recomendaciones

necesarias para la implementación de

biocombustibles producidos de

biomasa autóctona de Colombia en el

sector industrial, domestico

residencial y en zonas no

interconectadas.

Elaboración de material didáctico acerca del uso de la biomasa autóctona

como combustible.

Socialización y divulgación de resultados obtenidos.

Productos finales

02/11/2018 7

ARTÍCULOS PUBLICADOS: 9 artículos científicos publicados en revistas internacionales clasificación

COLCIENCIAS A1 y A2

Generation of Electricity by Plant Biomass in Villages of the Colombian Provinces: Chocó, Meta and Putumayo. Ana M.

Rosso Cerón, Simon Weingärtner, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 43, pp 577-582,

2015, clasificación COLCIENCIAS A2.


Barriers to social acceptance of renewable energy systems in Colombia. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.

Revista Current Opinion in Chemical Engineering, Vol. 10, pp 103-110, 2015, clasificación COLCIENCIAS A1.

Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211339815000519

Analysis on the Economic Feasibility of Power Generation from Renewable Energy Systems in Non-Interconnected

Zones of Colombia, Study of Cases. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering

Transactions, Vol. 43, pp 1447-1452, 2015, clasificación COLCIENCIAS A2.


Compromiso adquirido: 3 artículos en revista indexadas

Productos finales

02/11/2018 8


COLCIENCIAS A1 y A2

Environmental Sustainability Analysis of Technologies for Electricity Generation of Renewable Energy Sources in

Non-Interconnected Areas from Colombia through the Use of Fuzzy Logic. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.

Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 45, pp 1813-1818, 2015, clasificación COLCIENCIAS A2.

Disponible: http://www.aidic.it/cet/15/45/303.pdf.

Assessment of the Energy Potential of Agricultural Residues in Non-Interconnected Zones of Colombia: Case Study of

Chocó and Putumayo. Katherine Rodríguez Cáceres, Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Viatcheslav

Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 50, pp 349-354, 2016, clasificación COLCIENCIAS A2.

Disponible: http://www.aidic.it/cet/16/50/059.pdf.

Assessment of Power Generation Alternatives Through a Fuzzy Multiobjective Mixed Integer Long-Term Planning

Model: Case Study of Non-Interconnected Areas of Colombia. Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov, Gerardo

Latorre, Yoe A. Herrera. Publicado en la revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 52, pp 79-84, 2016,

clasificación COLCIENCIAS A2.


Productos finales

02/11/2018 9


COLCIENCIAS A1 y A2

Potential Assessment of renewable energy sources in non-interconnected zones of Colombia, using geographic

information system-ArcGIS: Study cases. Autores: Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Ana M. Rosso

Cerón, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 57, pp 1567-1572, 2017, clasificación

COLCIENCIAS A2.

Disponible en: http://www.aidic.it/cet/17/57/262.pdf.

A Fuzzy Logic Decision Support System for Assessing Sustainable Alternative for Power Generation in

NonInterconnected Areas of Colombia- Case of Study. Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Ana M. Rosso

Cerón, Viatcheslav Kafarov, Gerado Latorre-Bayona. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 57, pp 421-426,


Disponible en: http://www.aidic.it/cet/17/57/071.pdf.

Methodology for the life cycle assessment (LCA) in combustion processes where the fuel is pelleted agricultural

biomass. Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov. Revista Chemical Engineering Transactions, Vol. 64, pp 427-432,


Disponible en: http://www.aidic.it/ibic2018/final/235villabona.pdf

Productos finales

02/11/2018 10

TESIS DE MAESTRÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE MAGÍSTER EN INGENIERÍA QUÍMICA

1. Evaluación de la disponibilidad de biomasa residual agrícola y su potencial energético en ZNI de Colombia:

caso de estudio. Autores: Leidy Katherine Rodríguez Cáceres, director: Viatcheslav Kafarov.

2. Evaluación de la eco-eficiencia y las emisiones del proceso de combustión de biocombustibles de tamo de

arroz y rastrojo de maíz. Autora: Yurley Paola Villabona Durán, director: Viatcheslav Kafarov. En proceso.

TESIS DE DOCTORADO EN INGENIERÍA QUÍMICA

1. Diseño y aplicación de una metodología basada en lógica difusa para la selección de alternativas sostenibles

de generación eléctrica en zonas no interconectadas (ZNI) de Colombia. Autores: Ana María Rosso Cerón,

director: Viatcheslav Kafarov.

Compromiso adquirido: 3 magister en ingeniería química

Productos finales

02/11/2018 11

TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO: 6 tesis de grado (12 estudiantes)

1.Estimación del potencial técnico energético de recursos renovables en zonas no interconectadas de Colombia, utilizando

sistemas de información geográfica, SIG – casos de estudio. Autores: Julián Alonso Araque Duarte, Francy Gineth Blanco

Patiño, director: Viatcheslav Kafarov.

2. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual forestal en el departamento del Chocó: caso de estudio.

Autores: Luz Teresa Agámez Hernández, Jorge Eliecer Arroyo Paternina, director: Viatcheslav Kafarov.

3. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual agrícola en el departamento del Meta: caso de estudio.

Autores: Norma Yorley Parra González, Leslie Johanna Vecino Rincón, director: Viatcheslav Kafarov.

4. Evaluación del potencial energético de la biomasa residual agrícola en Caquetá: caso de estudio. Autores: Andrés Felipe

Murillo Barrios, Karina Andrea Barrera Patiño, director: Viatcheslav Kafarov.

5. Evaluación de un proceso termoquímico seleccionado mediante vigilancia tecnológica para transformar biomasa sólida

en energía eléctrica que pueda ser usado en las zonas no interconectadas de Colombia. Autores: Maria Victoria Abreo Ortiz,

Stephany Lorrayne Rueda Gutiérrez, director: Viatcheslav Kafarov.

6. Evaluación de la densificación teórica de tamo de arroz y rastrojo de maíz provenientes de ZNI de Colombia- caso de

estudio. Autores: Jenssy Paola Buitrago Beltrán, Karen Yineth Medina Paipilla, director: Viatcheslav Kafarov.

Compromiso adquirido: 3 proyectos de grado de fin de carrera en ingeniería química e ingeniería mecánica

Productos finales

02/11/2018 12

PARTICIPACIÓN EN EVENTOS INTERNACIONALES: 11 eventos internacionales

Ponencia: 9th SDEWES Conference on sustainable Development of Energy, water and Enviroment systems, con el

trabajo titulado: Barriers to social acceptance of renewable energy systems in Colombia. Autores: Ana M. Rosso

Cerón, Viatcheslav Kafarov.

Ponencia: V Congreso Internacional de Eficiencia t Gestión Energética – CIUREE 2016 del 3 – 5 de febrero de 2016,

con el trabajo titulado: Metodologías de estimación del potencial energético de recursos renovables en ZNI de

Colombia, utilizando SIG -casos de estudio. Autores: Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.

Ponencia: V Congreso Internacional de Eficiencia t Gestión Energética – CIUREE 2016 del 3 – 5 de febrero de 2016,

con el trabajo titulado: Estimación del potencial energético de biomasa residual agrícola en zonas no

interconectadas de Colombia: caso de estudio. Autores: Katherine Rodríguez Cáceres, Viatcheslav Kafarov, B.,

Norma Parra, Leslie Vecino, Andrés Murillo y Karina Barrera.

Ponencia: II International Conference on Biomass – IconBM 2016 del 19 – 22 de junio de 2016 en Giardini Naxos,

Taormina, Sicilia, Italia, con el trabajo titulado: Assessment of the Energy Potential of Agricultural Residues in Non-

Interconnected Zones of Colombia: Case Study of Chocó and Putumayo. Autores: Katherine Rodríguez Cáceres,

Francy G. Blanco Patiño, Julián A. Araque Duarte, Viatcheslav Kafarov.

Productos finales

02/11/2018 13


Ponencia en 11th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems – SDEWES, del

4-9 de septiembre de 2016, en Lisbon, Portugal, con el trabajo titulado: A fuzzy decision making approach for

selecting sustainable alternatives of power generation in non-interconnected zones of Colombia. Autores: Ana M.

Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov.

Ponencia en 22th International congress of chemical and process engineering –PRES 2016, del 27-31 de agosto de

2016, en Praga, Republica Checa, con el trabajo titulado: Assessment of power generation alternatives through a

fuzzy multiobjetive mixed integer long-term planning model; case study of non-interconnected áreas of Colombia.

Autores: Ana M. Rosso Cerón, Viatcheslav Kafarov, G Latorre, Y. A. Herrera

Póster: Sostenible & Workshop Materiales para Nuevas Tecnologías de Energía del 17 – 20 de octubre de 2017. en

Bucaramanga, Colombia, con el trabajo titulado: vigilancia de tecnologías en combustión de biomasa en Colombia.

Autores: Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov, Karina Ojeda.

Ponencia: 10th International Conference on Sustainable Energy & Environmental Protection del 27 al 30 de junio de

2017, en Bled, Slovenia, titulado: Forecasting tool for assessing enviromental, technical and economic parameters

associated with power generation alternatives, Autores: Ana Rosso, Viatcheslav Kafarov.

Productos finales

02/11/2018 14


Ponencia: 13th International Conference on Chemical and Process Engineering-ICheapP13 del 28 al 31 de mayo de

2017, en Milan, Italia, titulado: A Fuzzy Logic Decision Support System for Assessing Sustainable Alternative for

Power Generation in Non-interconnected Areas of Colombia- Case of Study, Autores: Ana Rosso, Viatcheslav Kafarov.

Ponencia: VI CIUREE- Congreso Internacional de eficiencia y gestión energética del 7- 9 de febrero de 2018, en

Barranquilla- Colombia, titulado: Combustión de biomasas de rastrojo de maíz y tamo arroz, Autores: Yurley P.

Villabona, Viatcheslav Kafarov.

Ponencia: IBIC 2018 - 6th INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY del 15 - 18 Abril de 2018,

en Venecia, Italia, titulado: Methodology for the life cycle analysis (LCA) in combustion processes where the fuel is

pelleted agricultural biomass, Autores: Yurley P. Villabona, Viatcheslav Kafarov.

Productos finales

COMBUSTIÓN DE BIOMASAS

PROVENIENTES DE ZONAS NO

INTERCONECTADAS DE

COLOMBIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

COMBUSTIÓN DE BIOMASAS PROVENIENTES

DE ZONAS NO INTERCONECTADAS DE COLOMBIA

©Todos los derechos reservados

Compilado por:

Yurley Paola Villabona Durán

AUTORES

Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov

Dra. Ana Maria Rosso

MSc. Katherine Rodriguez

Ing. Yurley Paola Villabona

Tabla de Contenido

1. GENERALIDADES ..................................................................................................... 2

1.1. ZONAS NO INTERCONECTADAS ..................................................................... 2

1.2. LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGÉTICO ...................................... 2

1.3. DENSIFICACIÓN DE LA BIOMASA ................................................................. 3

1.4. PROCESOS DE CONVERSIÓN........................................................................... 4

1.5. COMBUSTIÓN DE BIOMASA ........................................................................... 6

2. PERFILES GEOGRÁFICOS Y CUANTIFICACIÓN DE

VOLÚMENES DE BIOMASA ...................................................................................... 58

2.1. Biomasa residual agrícola .............................................................................. 58

2.2. Representación cartográfica del potencial energético .............. 59

2.3. Biomasa residual forestal .............................................................................. 60

2.4. Demanda energética ........................................................................................ 61

2.5. Potencial energético de la biomasa ........................................................ 63

3. DISEÑO Y SELECIÓN DEL PROCESO DE COMPACTACIÓN DE

BIOMASA. ........................................................................................................................... 57

3.1. Análisis teórico del proceso de densificación .................................. 57

3.2. Análisis teórico de la molienda de la biomasa ................................. 59

3.3. Análisis teórico del secado de la biomasa .......................................... 60

3.4. Factores que inciden en el proceso de densificación ................. 60

3.5. Selección del equipo para la compactación de biomasa. ........ 62

3.6. Diseño del proceso óptimo para la compactación. ...................... 65

4. TECNOLOGIAS DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA

COMPACTADA. ................................................................................................................ 58

Compromiso adquirido: 1 libro que trate la temática.

Productos finales

02/11/2018 16

LABORATORIO COMBUSTIÓN DE BIOMASA: ubicado en el Parque Tecnológico Guatiguará, UIS, Piedecesta, Santander. Los equipos e instrumentación adquiridos con los recursos del proyecto.

Cámara de combustión

de biomasa

Peletizadora de

biomasa

Molino de martillos

Mezclador

Productos finales

02/11/2018 17

CURSO SOBRE COMBUSTION DE BIOCOMBUSTILES PRODUCIDOS CON BIOMASA AGRICOLA: En Conferencia

Internacional de Energía Sostenible y workshop materiales para nuevas tecnologías de Energía, Octubre de 2017

Compromiso adquirido: Curso sobre Biocombustibles dirigido a Comunidad científica y Red de conocimiento, publico en general

Propuestas de nuevos temas de investigación a partir de

los resultados obtenidos

02/11/2018 18

• Peletización de biomasas mixtas con fines energéticos, mitigación de cambio climático (reforestación) y evaluación

de posibles mercados internacionales

• Producción de electricidad mediante combustión de biomasa mixtas en zonas no interconectadas.

• Estudio de la viabilidad de sistema hibrido eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no interconectadas

de Colombia.

• Estudio de la viabilidad de sistema hibrido solar-eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no

interconectadas de Colombia.

• Estudio de la eficiencia de sistema hibrido solar-eólica-biomasa para la generación de energía en zonas no

interconectadas de Colombia.

• Producción de biogás a partir de residuos de biomasa agrícola con el propósito de contribuir a la reducción de gases

del efecto invernadero.

• Evaluación del rendimiento plantas de cogeneración a partir del aprovechamiento de la biomasa.

• Estudio de la dendroenergía a partir de biocombustibles sólidos.

• Evaluación de la biomasa como un sustituto ecológico del carbón con fines energéticos.

Gracias

Dr.Sc. Viatcheslav Kafarov [email protected]

www.reciee.com


Mecanismos de desarrollo limpio y

gestión energética

Cogeneración, a partir de la biomasa residual del procesamiento de palma africana para la empresa planta productora de aceite

"LA MEJORANA", en el Departamento del Meta.

Bogotá, Colombia2018

Docente PhD. Ing. Fabio SierraIng. Fabio Alberto AldanaIng. Lili Tatiana Vega

Contenido

MDLyGE 2

1. Objetivos

2. Introducción

3. Justificación

4. Metodología

5. Resultados

6. Discusión y análisis de resultados

7. Conclusiones

Objetivo general

Evaluar desde los puntos de vista técnico, económico y ambiental, las alternativas para autogeneración de electricidad o para cogeneración, a partir de biomasa residual en la planta productora de aceite de palma africana, “INVERSIONES LA MEJORANA” en el Departamento del Meta.

3MDLyGE

Objetivos específicos Evaluar consumos de energía térmica, eléctrica del proceso de producción de

aceites a partir del aceite de palma.

Evaluar las alternativas planteadas para la autogeneración de electricidad o paracogeneración, a partir de la biomasa residual en la planta productora de aceitede palma africana “INVERSIONES LA MEJORANA”.

Seleccionar la alternativa más apropiada para la autogeneración de electricidado para cogeneración, a partir de la biomasa residual en la planta productora deaceite de palma africana “INVERSIONES LA MEJORANA” analizando aspectostécnicos, económicos y ambientales.

4MDLyGE

5

Introducción

Problemática Energética

Residuos del proceso de

extracción de aceite

Contaminación

Altos costos de generación

Energías renovables

SolarEólicaPCHs

Biomasa

MDLyGE

Inversiones La MejoranaPlanta de extracción de aceite de

palma localizada en el Meta, Colombia

6

Introducción

Alternativa de sistema de generación

Regulaciones energéticas

actuales

Procesos de transformaciónde residuos de

biomasa

Alternativas tecnológicas de

generación

MDLyGE

Criterios de selección

Justificación

Problemática ocasionada por almacenamiento incontrolado de residuos deproducción en zonas cercanas a la planta.

Producción de cerca de 12000 toneladas de residuos anuales, principalmentecuesco, fibra, raquis y tusas, como productos del procesamiento de la palmaafricana.

Costos anuales mayores a COP $ 300 000 000.oo para contratar el transporte deresiduos a sitios lejanos de los subproductos de procesamiento de la palmaafricana y para evitar ser objeto de sanciones por parte de la CorporaciónAutónoma Regional

Aprovechamiento energético de la biomasa residual generado en el proceso deextracción de aceite de palma.

7MDLyGE

Justificación

Altos costos relacionados con requerimientos energéticos de la planta, incluyendo:

• COP$ 307 000 000.oo por concepto del servicio público de energía eléctrica prestado por la EMPRESA DE ENERGÍA DEL META, EMSA S.A. E.S.P

• COP$ 43 000 000.oo por concepto de generación con planta propia.

• COP$ 22 000 000.oo por concepto de adquisición de combustibles para la producción de energía térmica.

MDLyGE

Hipotesis

Mediante un sistema de cogeneración es posible producir la totalidad de laenergía eléctrica y de la energía térmica que demanda la planta.

Mediante un sistema de autogeneración o de cogeneración, se evitarían los costosde transporte de biomasa, ya que esta se consumirían al interior de la instalaciónde transformación energética para producir energía eléctrica.

MDLyGE

10

Metodología

Problemática de costos de generación, residuos y

contaminación

Tecnologías de generación

Figuras regulatorias de

sistemas de generación

Procesos de conversión de

residuos de biomasa

Propuesta de

alternativa de

generación para la planta

Toma de datos, estudio y análisis

de la planta “INVERSIONES

LA MEJORANA”

MDLyGE

11

Metodología – La Mejorana

Toma de datos, estudio y análisis

de la planta “INVERSIONES LA MEJORANA”

DigestiónPrensadoClarificaciónSecadoAlmacenamiento

ExtracciónTransportePesajeSelecciónDescargueEsterilización

Procesamiento de extracción

de aceite

Manejo de lodosProcesos asociados a la fase sólida

Resultados de estudio y análisis

Características de equipos de generación (vapor, agua caliente energía eléctrica)

Consumos de energía eléctrica

Consumos de combustible

Producción de la planta

Balance de masa de los procesosMDLyGE

12


Procesamiento de extracción de aceite

TransportePesaje Selección

Esterilización

MDLyGE

13


Procesamiento de extracción de aceiteDigestión

Prensado Clarificación Secado

a) Sistema de alimentación en las prensas

b) Sistema hidráulico de la prensa y tablero de control

c) Separación de la fase sólida y liquida

d) Tanque y tamiz

e) Transporte de la Torta de prensa

MDLyGE

14

Metodología - Biomasa

Revisión de biomasa como fuente de

energía y características

principales de la biomasa como

residuo del procesamiento de palma de aceite

Revisión de procesos termoquímicos de transformación de

biomasa

Procesos de conversión de residuos de biomasa

Análisis físico-

químico de los residuos de biomasa procedentes de la planta

• Análisis próximo• Análisis último• Poder calorífico

Ensayos realizados en laboratorio de INGEOMINAS según la norma

ASTM D-2013-07

Experimentación con biomasa residual de la planta en gasificador

de lecho fijo y corriente descendente

MDLyGE

15

Metodología - Biomasa

MDLyGE

16

Metodología - Tecnologías

Revisión de las diferentes tecnologías de generación de

energía y conceptos de cogeneración

Alternativas de

tecnologías de

generación

Ciclo RankineCiclo BraytonCiclo de motor reciprocante (Otto y Diesel)

• Elementos constitutivos• Termodinámica de los

ciclos• Desempeño• Principales ventajas y

desventajas

Cogeneración

• Consumidores de calor y electricidad

• Eficiencia• Ventajas• Aspectos económicos• Tecnologías

Matrices de evaluación de tecnologías de

generación

• Matriz de aspectos tecnológicos de generación• Matriz de evaluación de costos• Matriz de indicadores de tecnología energéticas• Viabilidad de fuente energética

EconómicoSocial

TecnológicoAmbiental

Principales aspectos considerados

MDLyGE

17

Metodología -Tecnologías

• Inversión inicial• Insumos• Mantenimiento• Operación

• Uso de terreno• Emisiones, residuos

y afectación del agua

• Tipo de organización requerida para el manejo de la tecnología

• Aprovechamiento de la tecnología por parte del la comunidad

• Priorización en tiempo de instalación• Factibilidad de replicar la tecnología• Facilidad de proveedores o

comercialización de la tecnología• Disponibilidad de repuestos y personal

capacitado• Aprendizaje del funcionamiento y

operación de la tecnología

MDLyGE

TOMA DE DECISIONES

18

Metodología -Regulaciones

Revisión de Reglamentación y

normalización energética aplicable

en Colombia

Figuras regulatorias de sistemas

de generación

• Políticas energéticas en Colombia (Ministerio de Minas y Energía - Minminasy Unidad de Planeación Minero Energética - UPME)

• Ley 1715 de 2014 (Integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional)

• Norma NTC - ISO 50001 - Sistemas de Gestión de la Energía

• Conceptos legales básicos asociados con la generación de electricidad en el Sistema Interconectado Nacional - SIN

Figuras de generación existentes

Generador

Planta menor

Cogenerador aislado

Cogenerador con venta de excedentes

Productor Marginal

Plantas no despachadas centralmente

Autogenerador aislado

Generador distribuido

Autogenera-dor con venta de excedentes

MDLyGE

19

Resultados

Problemática de costos de generación, residuos y

contaminación

Resultados de clasificación de tecnologías de generación y

cogeneración a través de matriz de parámetros de

selección

Resultados de revisión y clasificación de regulaciones para todo tipo de generador

Análisis de resultados y selección

de alternativa

de generación

para la planta

Características, Consumos,

Producción y Balance de masa de la

planta “INVERSION

ES LA MEJORANA”

- Caracterización fisicoquímica de residuos de la planta- Resultados de gasificación de biomasa

MDLyGE

20

Resultados – La Mejorana

Características de equipos de generación

Equipos de generación de vapor

Equipos de agua caliente

Equipos de generación de energía eléctrica

Características caldera 1 Descripción

Tipo de caldera Pirotubular

Capacidad 250 hp

Flujo nominal de vapor 3570 kg/h

Características caldera 2 Descripción

Tipo de caldera Pirotubular

Capacidad 230 hp

Flujo nominal de vapor 3300 kg/h

Distribuidor de vapor Descripción

Número de salidas de vapor 8 salidas

- Cantidad de vapor total paraprocesar 1000kg de RFF está entre450 y 550 kg de vapor- Presión de trabajo de 80 a 100 psi

- El agua caliente se obtienea partir de la inyección devapor saturado paramantenerla a 100°C.

- Existen dos tanques paraagua caliente, el empleadopara suministrar agua a lacaldera y el empleado parala clarificación.

-La planta de generación esmarca Caterpillar C15 PKGG conuna capacidad de 450 KVA, lacual tiene un costo por consumomensual de 40’000.000 COP.

MDLyGE

21


Consumos de energía eléctrica

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

Planta Cat. c15 pkgg (Horas de servicio) 347,3 386 457,7 456,1 384,9 235 244 187 197

Planta Cat. c15 pkgg (kW/h) 46988 51408 65054 61065 52497 28212 29708 21456 23633

Red eléctrica día (kW/h) 2807,8 2511 2151,1 2748,9 3423,7 4124,2 4003 2509 2341

Costo mensual red eléctrica $1.655.990 $1.335.750 $1.113.970 $1.278.550 $1.259.600 $1.987.810 $1.955.980 $2.299.030 $1.230.400

Consumo de energía eléctrica de la empresa (planta de generación y red eléctrica) en el año 2014

El consumo de energía eléctrica de la planta deextracción “LA MEJORANA” utilizada en sus procesosde transformación indica que más del 90% es generadapor la planta de generación Caterpillar, con unpromedio de consumo de 30000 kWh – mes, mientras elconsumo de energía eléctrica suministrada por la red dedistribución ha llegado a un máximo de 4100 kWh en elmes de junio aproximadamente.

MDLyGE

22


Producción de la planta

La relación de fruto procesado es directamenteproporcional al consumo de energía eléctrica, porconsiguiente los meses de mayor producción son marzoy abril, teniendo un procesamiento de frutos promediode 2.800.000 de toneladas al mes, de las cuales solocercano del 21% es producida en aceite y el porcentajerestante está dividido en la obtención de almendras y labiomasa residual.

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

Fruto procesado (Ton) 2343120 2365350 2920920 2814250 2424190 1591300 1613700 1028650 1106890

Aceite producido (Ton) 492474 521236 614806 591252 514509 334921 323018 211090 248156

Almendra producida (Ton) 78036 79116 116942 102612 115170 75886 77938 40622 41572

Producción de la empresa en el año 2014

MDLyGE

23

Resultados– Biomasa

Análisis físico-químico de los residuos de biomasa

Cuesco de

Palma

Fibra de

palmaCenizas

Humedad

(105 °C)7,92 42,56 0,47 %b.h

Materia

Volátil72,74 77,84 0,32 %b.s

Análisis próximo

𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙(%) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜(%) − 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑(%)

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑗𝑜 %= 100 −%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 −%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 − %𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠

Cuesco de

Palma

Fibra de

PalmaCenizas

Carbono 50,83 46,24 20,88 %b.s

Oxígeno 39,46 43,08 19,39 %b.s

Hidrógeno 6,83 5,95 0,50 %b.s

Nitrógeno 0,5 0,53 0,48 %b.s

Azufre 0 0,29 0,26 %b.s

Cenizas 2,38 3,92 58,49 %b.s

Poder

Calorífico17647 16982 10376 kJ/kg

Análisis último y poder calorífico

MDLyGE

24

Resultados– Biomasa

Gasificación de los residuos de biomasa

MDLyGE

25

Resultados – Tecnologías

La revisión de lasdiferentes tecnologíasdisponibles en elmercado para suimplementación en lageneración deelectricidad ycogeneración conresiduos de biomasatuvo resultado elplanteamiento de unamatriz de tecnologías degeneración ycogeneración conresiduos de biomasa.

Parámetros definidos

• Conceptos generales• Requisitos de

combustible• Preparación de

combustible• Características de

operación• Parámetros de

operación• Eficiencia• Mejoramiento del

rendimiento• Aspectos ambientales• Nivel de flexibilidad de

operación• Gases de escape• Cogeneración• Tecnología• Operación con biomasa• Costos• Ventajas • Desventajas

Tecnologías analizadas

• Ciclo de turbina de vapor

• Ciclo de turbina de gas• Ciclo de microturbina de

gas• Ciclo combinado

• Ciclo de motor reciprocante

• Motores encendidos por chispa

• Motores diesel

MDLyGE

26

Discusión y análisis

Selección de alternativa de

generación para la planta

Selección de la alternativa de proceso detransformación energético de la biomasa

Selección de la alternativa para la tecnología o ciclode generación de electricidad

Selección de la alternativa para la categoríaregulatoria para la operación del sistema degeneración de electricidad

MDLyGE

27

Discusión y análisis - Procesos de transformación de biomasa

• Madurez comercial de cada tipo de proceso

• Flexibilidad para la obtención de productos

• Aptitud del proceso para uso con ciclos termodinámicos de generación flexibles y de rápida respuesta

• Aptitud del proceso para la categoría definida como autogenerador a pequeña escala

Para los procesos de gasificación y de combustión se encuentra establecido unmercado de oferta de equipos para el desarrollo de equipos de transformaciónenergética. Para el proceso de pirolisis, aun no es fácil obtener equiposestandarizados en el mercado.

Para los procesos de gasificación y de combustión, es posible dosificar el agente dereacción o agente gasificante, tanto en el mismo sentido, como de manera transversalo en sentido contrario a la dirección del flujo de la biomasa.

En los procesos de gasificación y pirolisis es posible la obtención de un combustibleapto para su empleo en el ciclo de motor de combustión interna (motores de gas)

Para el proceso de gasificación de biomasa, en general, es posible obtener equipos detransformación energética para la generación a pequeña escala (gasificadores delecho fijo, gasificadores de lecho fluidizado), mientras que dicha posibilidad aún noestá desarrollada para calderas de biomasa, ni para sistemas de pirolisis.

MDLyGE

28

Discusión y análisis - Tecnología o ciclo de generación de electricidad

• Confiabilidad• Eficiencia• Operación a

carga parcial• Tiempo de

arranque, velocidad de respuesta

• Aptitud para regulación de frecuencia eléctrica

Tanto los ciclos de turbina de gas, como los ciclos de vapor y de motor de combustióninterna presentan una alta confiabilidad, los dos primeros son rentables a partir deuna cierta capacidad energética.

Los motores alternativos presentan una mayor eficiencia respecto a las otrastecnologías de generación de electricidad analizados.

Las turbinas de gas presentan una gran rapidez para la puesta en servicio, tomandotiempo tiempos relativamente cortos entre 10 y 20 minutos desde la parada hastaplena carga, mientras que para turbinas de vapor, se toma un tiempo de horas para elmismo propósito. Los motores de combustión interna a gas pueden lograr unarespuesta rápida ante variaciones de carga.

Los motores de combustión interna presentan la mejor respuesta en aspectosrelacionados con el control de la frecuencia eléctrica, seguido de las tecnologías deturbinas de gas, ciclo combinado y ciclo de turbina de vapor.

En turbinas de gas, el funcionamiento a carga parcial afecta el desempeño y laoperación del equipo, ya que ante reducción de la carga, disminuye el rendimiento, latemperatura de escape y el flujo másico.

MDLyGE

29

Discusión y análisis - Tecnología o ciclo de generación de electricidad

• Aptitud para autogenerador a pequeña escala

• Vida útil• Aptitud para

cogeneración• Modularidad• Costos de

inversión y de operación

Los motores alternativos representan una importante alternativa. No obstante, sedestaca también que las turbinas de gas de generación a menor escala, omicroturbinas de gas, representan también una importante opción. Las capacidadesen general típicas de los ciclos de vapor son mayores respecto de los niveles decapacidad definidos para el presente caso.

Los ciclos de turbina de gas, los ciclos de vapor y de motor de combustión presentanun importante número de horas de operación.

Las turbinas de gas cuentan permiten una fácil recuperación de calor, que resultaadecuada para necesidades de vapor mayores a 10 t/h, por lo cual, presentan la mejoraptitud en este sentido.

Los motores de combustión interna alternativos presentan un alto grado demodularidad, a través de la aplicación de esquemas de cogeneración por módulos selogra el crecimiento escalonado para cubrir rangos de producción de energía eléctricadesde pocos kW hasta varios MW.

Los motores alternativos de combustión interna, presentan el más bajo costo deinversión inicial, mientras que dada su mayor complejidad, el costo de inversión einstalación de plantas con ciclo de vapor es el más alto en relación con otrastecnologías de generación térmica.

MDLyGE

30

Discusión y análisis - Categoría regulatoria

• Inscripción en el RUPS

• Reporte de información en el SUI

• Simplicidad o complejidad en el proceso de conexión a la red de transporte

• Registro de fronteras comerciales

• Sistemas de medida

Al operar como Autogenerador a pequeña o gran escala y como cogenerador, laempresa no estaría en la obligación de realizar dicho registro.

Al operar como Autogenerador a pequeña o gran escala y como Cogenerador, laempresa no estaría en la obligación de reportar información en el SUI.

Según lo indicado en la Resolución CREG 030 de 2018, el Autogenerador de pequeñaescala deberá realizar registro únicamente ante el ASIC, igualmente deberá realizarreporte diario de energía eléctrica, a partir de la lectura de medida de la fronteracomercial de generación.

Para el Autogenerador a pequeña escala, si bien debe cumplir con los requisitos delcódigo de medida, se exceptúan las de medidor de respaldo, verificación inicial yreporte de las lecturas de la frontera comercial al ASIC.

Para los autogeneradores a pequeña escala se ha establecido un procedimientosimplificado para la conexión, definiéndose en la reglamentación unas condicionescon menor grado de exigencias.

MDLyGE

31

Discusión y análisis - Categoría regulatoria

• Posibilidad de venta de excedentes de energía eléctrica y registro ante el ASIC

• Contratación de capacidad de respaldo

• Comercialización de energía eléctrica

• Reporte de información ante el ASIC y el CND

• Auditorías al agente en cuanto a cumplimiento de requisitos técnicos

Los Autogeneradores a pequeña o gran escala están autorizados para venderexcedentes de energía eléctrica en el mercado de energía mayorista, según lo indicadoa través de las Resoluciones CREG 030 de 2018 y CREG 024 de 2015, respectivamente.

Deben contratar capacidad de respaldo con el operador de red, o agente distribuidordel servicio de energía, los agentes que operan como Cogeneradores, así como losAutogeneradores a gran escala.

El Autogenerador a gran escala, así como el de pequeña escala, según lo indicado através de las Resoluciones CREG 030 de 2018 y CREG 024 de 2015, respectivamente,deberán realizar únicamente reportes ante el ASIC.

De acuerdo con la establecido en regulación vigente, los agentes que operan comoCogeneradores deben certificar ante la CREG y ante el CND un RendimientoEléctrico Equivalente (REE) superior al mínimo establecido, así como elcumplimiento de la producción mínima de energía eléctrica y térmica.

El Autogenerador a pequeña escala, que utiliza fuentes no convencionales de energíarenovable, puede vender la energía eléctrica a; Un comercializador que atiendemercado regulado, Generadores o comercializadores que destinen dicha energía a laatención exclusiva de usuarios no regulados y Comercializador integrado con el OR,quien está obligado a recibir los excedentes ofrecidos.

MDLyGE

32

Discusión y análisis

SELECCIÓN FINAL DE

ALTERNATIVA DE

GENERACIÓN PARA LA PLANTA

Proceso de transformación de biomasa por medio delproceso de Gasificación de Biomasa con gasificadorde lecho fijo

Tecnología de sistema de generación de electricidadcon ciclo de Motor de Combustión Interna

Figura regulatoria de Autogenerador de Pequeñaescala

MDLyGE

La biomasa como fuente de generación de electricidad, representa un importante rol, no solopara el sistema energético colombiano, sino para el sector agrícola como promotor de larealización de procesos productivos sostenibles.

La gasificación de biomasa resulta ser de manera considerable de mayor complejidad respecto aprocesos como la combustión de biomasa, pero ofrece mayores eficiencias eléctricas.

El proceso de gasificación permite generación de energía a pequeña y mediana escala, presentaun mercado creciente de oferta de equipos de gasificación, flexibilidad en la operación segúnrequerimientos energéticos y características de la biomasa utilizada, y produce un gas de síntesisapto para ser convertido en energía mecánica y luego energía eléctrica en motores decombustión.

Mediante gasificación de la biomasa se puede obtener un gas con PCI de aprox. 5000 kJ/kg quepuede ser utilizado en motores de combustión, calderas o turbinas de gas.

33

MDLyGE

Conclusiones

De las tecnologías evaluadas para la generación de electricidad a partir de biomasa, sóloel ciclo de vapor y la gasificación con motor de combustión interna alternativo, cuentancon un nivel atractivo de madurez y de viabilidad económica.

La alta confiabilidad, eficiencia, velocidad de respuesta, vida útil, modularidad y los bajostiempos de arranque y costos de inversión y operación en los motores de combustióninterna permiten seleccionar esta tecnología como la alternativa más adecuada para unaplanta con las características de la planta de la empresa “INVERSIONES LA MEJORANA”.

Además de todas estas ventajas que permiten seleccionar a los motores de combustióncomo primera alternativa tecnológica de generación, estos presentan también la mayorventaja en aptitud de regulación de frecuencia eléctrica y aptitud tecnológica para lafigura de Autogeneración a pequeña escala.

34

MDLyGE

Conclusiones

Gracias

Docente

Correo electrónico

www.reciee.com


Gestión de Energía de Motores

Eléctricos en sistemas eléctricos

industriales - GeMe

Ing. Jairo A. Caballero

Electrical Machines & Drives EM&D

Universidad Nacional de Colombia



Necesidades del sistema industrial

03/11/2018 2

Eficiencia energética Reducción de gastos Conservación vida útil Confiabilidad y disponibilidad


03/11/2018 3

Variador: IGBTs (Circuito abierto, Corto circuito, Perdida de disparo de compuerta)

Fallas en el Motor: Estator (Laminación del núcleo, vibraciones, corrientes circulantes,Defectos en devanados de estator), Rotor (Rompimiento de barra, cortocircuito endevanado de campo, rompimiento de anillos)

Mecánicas: Excentricidad del air-gap, eje doblado o desalineado, rodamientos.

Cargas: mecánicas, hidráulicas


03/11/2018 4

Incremento de pulsaciones del par

Reducción del par promedio

Incremento de las pérdidas y reducción de la eficiencia

Temperatura excesiva

Distorsión del flujo en el entre hierro (air-gap)

Vibración en la estructura del estator

Ruido acústico

Cambios en resultados de análisis químico

Síntomas del sistema

Desarrollo de soluciones

03/11/2018 5

Gestión de la información

Sistemas de comunicación

Desarrollo de dispositivos

Sistemas de monitoreo, control y gestión de activos


03/11/2018 6





Valor de los datos

03/11/2018 7Source: ARC Industrial IIoT/Industrie 4.0 Viewpoints - Killing the Zombie Meme, “IIoT is Nothing New”

Permite tomar

decisiones

Activos, replicas

digitales y sistemas

Datos Información Conocimiento

Análisis

Reporte yOrganización

Análisis

Valor de los datos

03/11/2018 8Source: ARC Industrial IIoT/Industrie 4.0 Viewpoints - Killing the Zombie Meme, “IIoT is Nothing New”

Datos Información Conocimiento

Análisis

Análisis

+ Definición+ Formato+ Periodo de tiempo+ Pertinencia

+ Patrones+ Tendencias+ Relaciones+ Suposiciones

Reporte yOrganización

Gestión de datos y de la información

Permite tomar

decisiones

Activos, replicas

digitales y sistemas


03/11/2018 9





Sistemas TIC’s

03/11/201810

ETHERNET

Inte

rnet

of

Serv

ice

s

Capa de Proceso

Capa Comunicación

Sistemas deInformación

Capa de Información

Capa Aplicaciones

CLOUD COMPUTINGComputation / Analytics / Storage

GIS

DRIVER Sensor

M2M

BIG DATA AI

MonitoreoTiempo-Real

Health

Simulación

Transporte

SCADA

Sistemas TIC’s

03/11/201811

ETHERNET

Inte

rnet

of

Serv

ice

s

Capa de Proceso

Capa Comunicación

Sistemas deInformación

Capa de Información

Capa Aplicaciones

Inte

rnet

of

Thin

gsCLOUD COMPUTING

Computation / Analytics / Storage

GIS ADMS CIS

WirelessAP RF

DRIVER AMI IED Sensor

M2M

BIG DATA AI

MonitoreoTiempo-Real

StreamHealth

Simulación

Industria4.0 Transporte

SCADA TOOLS B2B

Diversificación de usuarios, equipos,

redes TIC e información

Integración de redes inalámbricas

03/11/2018 12

Redes inalámbricas de sensores Wireless Sensor Networks

Reducción de sistemas cableados

Reducción de costos de instalación de redes

Reducción gastos operativos de red de comunicaciones

Configurable a cambios en la estructura

Portabilidad del dispositivo

No se afecta el funcionamiento del sistema actual

https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/industrial-connectivity-protocols

Integración de IoT - IIoT

03/11/2018 13

Menor Cantidad de Datos

Menor Consumo de Energía

N. W. Bergmann and L.-Q. Hou, “Energy Efficient Machine Condition Monitoring Using Wireless Sensor Networks,” 2014 Int. Conf. Wirel. Commun. Sens. Netw., pp. 285–290, 2014.

Procesamientodistribuido

Consumo de potencia

Ancho de banda


03/11/2018 14






Desarrollar capacidades de uso de las tecnologías eléctricas y electrónicas enla gestión energética de los motores eléctricos en un proceso productivoindustrial, mediante la evaluación de sistemas de control, supervisión demotores eléctricos y variador de frecuencia dentro de un sistema eléctricoindustrial.

03/11/2018 15


03/11/2018 16

Medición de eficiencia


03/11/2018 17


Alternador de un generador Diesel monofásico


03/11/2018 18


Temperatura

Par

Velocidad

Tensión

Corrientes

Vibraciones


03/11/2018 19

Caracterización de MotoresModelo de simulación FEM

EficienciaFallas en motores

Real Time Monitoring


03/11/2018 20

VSI/CSI M

Processing Unit

Phase Voltage& Current Motor Velocity

ADC

3-Phase 3-Wire

Input Power

Output Power

Caudal

RF Module

MonitoringDiagnosis

SurveillanceZigBee

5MM x 5MM

f2V converter

3-Phase Voltages3-Phase Currents

Signal Conditioning

Density

4-20 mA receiver

0-10 V receiver

Pressure Temperature

ADC Processing UnitRF

Module

ZigBee

Control Room Machines Room

Central

Storage Unit

Storage Unit

Estimación de eficiencia

Trabajos actuales

03/11/2018 21

Sistema de diagnóstico distribuido de motores de inducción basado en redes inalámbricas de sensores (WSN) y protocolo ZigBee

• Múltiples señales de monitoreo

• Variedad de análisis

• Múltiples procesos industriales

• Diversificación de usuarios

• Diferentes objetivos de análisis

Productos finales

03/11/2018 22

Productos finales

03/11/2018 23

COM Serial

Productos finales

03/11/2018 24

Reporte de variables RMS, promedio, Máx., Mín.

Potencia

Calidad de la energía

Procesamiento de señales

Análisis de fallas

Monitoreo periódico

Otros …

Nodo Remoto

Productos finales

03/11/2018 25

COM SerialEthernet

Productos finales

03/11/2018 26

Gestión de datos

Diagnóstico de fallas

Eficiencia del sistema

Registro de valores

Reporte de alarmas

Monitoreo de estado de la red

Nodo Central Coordinador

Productos finales

03/11/2018 27

Nodo Remoto

Nodo Remoto

Nodo Coordinador

Gateway

Nodo Remoto

Nodo Remoto Nodo

Remoto

Arquitectura propuesta

03/11/2018 28

Arquitectura de referencia IoT Aplicación

Middleware de integración IoT (IoTIM)

Gateway

Dispositivos Remotos

Driver Driver

Sensor Actuador

Middleware de integración IoT (IoTIM)

XII Cátedra Internacional de Ingeniería, Oscar Carrillo, Maroua Meddeb


03/11/2018 29

Nodo Remoto

Nodo Remoto

Nodo Coordinador

Gateway

Nodo Coordinador

Gateway


Confiabilidad

Disponibilidad

Eficiencia

Latencia

Tolerancia a fallas

Integrar seguridad y back up

Optimización de recursos

Redes virtuales

03/11/2018 30

Beneficios de una Arquitectura de IoT

Trabajos futuros Modelo de simulación de variadores

Identificar fallas

Estimación de su eficiencia

Eficiencia de Algoritmos de control

Base de datos de fallas

Técnicas de análisis de fallas Diagnóstico

Pronóstico

Generar alertas de mantenimiento, control y supervisión

Caracterización de motores en procesos

Integración con sistemas de control y gestión de activos

03/11/2018 31

Gracias

Jairo Andres Caballero Peña

[email protected]

www.reciee.com


Métodos para determinar la eficiencia de motores

eléctricos según la norma IEC 60034-2-1

Enrique Ciro Quispe, Dr. Ing.


Bogotá, Noviembre 6 de 2018

Proyecto Gestión de Motores Eléctricos Industriales

Grupo de Investigación en Energías, GIEN/Universidad Autónoma de Occidente

Electric Machines and Drives/Universidad Nacional de Colombia

Impacto del Incremento de la Eficiencia

en los Sistemas de Motores Eléctricos

08/11/2018 2

08/11/2018 3

Importancia de la EE en la disminución de la Demanda y las Emisiones de CO2

Fuente: IEA (2018), Energy Efficiency 2018. Analysis and Outlook to 2040.

Impacto de los motores eléctricos en el

consumo de energía eléctrica

08/11/2018 4

Los Sistemas Accionados con Motores Eléctricos consumen el 53% de la electricidad mundial.

Fuente: IEA (2016), World Energy Outlook, 2016

Gestión de Motores Eléctricos: Etapas

5

1. Selección y especificación del Motor y del Convertidor de Potencia (aplicación de lasnormas y análisis del tipo de carga);

2. Ensayos de recepción y almacenamiento (aplicar normas ensayo de recepción,conocer la norma IEEE 112 ó la IEC 60034-2-1);

3. Instalación y protección (seguir manuales del fabricante);

4. Operación y mantenimiento (Puesta en marcha del equipo, determinación de losIDEn, monitoreo, diagnostico, mantenimiento centrado en la eficiencia, cambios paraincrementar eficiencia);

5. Reparación ó cambio (reparación eficiente y análisis técnico económico del ciclo devida del motor para determinar la opción mas recomendable ).

Impacto del consumo de los motores eléctricos en el ahorro

08/11/2018 6

Usando motores eléctricos de uso general más eficientes, los países pueden: - Ahorrar 300 TWh por año de electricidad en el 2030.- Dejar de emitir 200 Mt de CO2 (que es la emisión anual de 60 plantas eléctricas de carbón de 1 GW de potencia).

Fuente: GEF-U4E (2018) Energy-Efficient Electric Motors and Motors Systems.

Mediante la Gestión de Energía en los sistemas de motores eléctricos se

puede (Proyecto SGIE RECIEE):

- Ahorrar 300 TWh por año de electricidad al 2030.

- Dejar de emitir 200 Mt año de CO2.

Motores Elect Eficientes + Gestión Motores Eléctricos: Ahorro de 600TWh año al 2030 (10

años consumo en Colombia) y se deja de emitir 400Mt año de CO2.

Impacto del consumo de los motores eléctricos en el ahorro

08/11/2018 7

Fuente: GEF-U4E (2018) Energy-Efficient Electric Motors and Motors Systems.

La transición a a sistemas de motores eléctricos energéticamente eficientes, puede reducir la demanda global de electricidad en 20 a 30% el año 2030.

08/11/2018 8

En Colombia el Comité

Técnico 131 ICONTEC de

Maquinas Eléctricas

Rotatorias. Es el comité

espejo de la IEC.

En Colombia la Ley 1715 y

la Resolución 463 de 2018,

incentivan el uso de motores

eficientes y la implementación

de Sistemas de Gestión

Energética.

Normas en Motores eléctricos.

08/11/2018 9

Normas para determinar en laboratorio la Eficiencia del motor

IEC 60034-2-1:2014

Rotating electrical machines – Part 2-1: Métodos normalizados para la determinación de las pérdidas y

eficiencia a partir de ensayos

Esta norma establece métodos para determinar las eficiencias a partir de ensayos, y también especifica

métodos de obtención de los diferentes tipos de pérdidas. Se aplica a las máquinas de CC, a máquinas

síncronas de CA y a máquinas de inducción de todos los tamaños en el ámbito de aplicación de la IEC 60034-1.

IEEE 112-2017

IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generator.

Esta norma establece métodos para determinar las eficiencias a partir de ensayos de motores y generadores

polifásicos de inducción.

Observación: Ambos normas dan métodos equivalentes.

Clases de eficiencia en motores eléctricos.

08/11/2018 10

IEC 60034-30:1: 2014.

Rotating electrical machines - Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE

code)

Esta norma define las clases de eficiencia para motores de corriente alterna y armoniza los

distintos requisitos para los niveles de eficiencia de los motores de inducción y nuevos tipos de

motores eléctricos. Clasifica los motores en 5 niveles de eficiencia IE1, IE2, IE3, IE4 e IE5.

NEMA MG1-2016.

Motor and Generator. Establece los niveles de eficiencia en Premium, Super-Premium y Ultra-

Premium.

Nota: Ambas normas son equivalentes.

Métodos para Determinar la

Eficiencia en Motores Eléctricos según

Normas Internacionales

IEC 60034-2-1 y IEEE 112

08/11/2018 11

08/11/2018 12

Ambito Reglamento tecnico/decreto Norma Tecnica

Europa EU-MEPS - 2009 IEC 60034-2-1

USA EPACT 1992, EISA 2007 IEEE 112

Colombia RETIQ 2015 NTC-3477 (IEC 60034-2-1)

IEC 60034-2-1 (2014):“Rotating electrical machines – Part 2-1: Standard

methods for determining losses and efficiency from tests”

MEPS y Normas en Colombia sobre motores eléctricos.

08/11/2018 13

Métodos de Prueba Preferidos

Ref Método Descripción Cláusula Aplicación Instalación requerida

2-1-1A Medición Directa:Entrada - Salida

Medida de par 6.1.2 Todas las máquinas monofásicas

dinamómetro para carga nominal

2-1-1B Sumatoria de pérdidas:Pérdidas Residuales

PLL

Determinado de las pérdidas residuales

6.1.3 Máquinas trifásicas con potencia nominal de salida de hasta 2 MW

Dinamómetro y máquina para un 25% adicionado a la carga nominal

2-1-1C Sumatoria de pérdidas:Valor asignado

PLL del valor asignado

6.1.4 Máquinas trifásicas con potencia nominal de salida mayor a 2 MW

08/11/2018 14

Metodos de Prueba Estudiados¿En que consisten?

Método 2-1-1A de la IEC 60034-2-1Determinar la eficiencia a travez de la medidade potencia de entrada y el calculo de lapotencia de salida tomando en cuenta lamedida del par de carga, se aclara que lanorma específica, que se debe aplicar elmétodo directo a motores de inducciónmonofásicos tomando solamente datos a carganominal.

Método 2-1-1B de la IEC 60034-2-1Requiere de la obtención de las pérdidas totalesy su separación de acuerdo a la naturaleza de suorigen, estas pérdidas son conocidas como :• pérdidas en el devanado del estator Ps

• pérdidas en el devanado del rotor Pr

• pérdidas del hierro Pfe

• pérdidas de fricción y ventilación Pfw

• pérdidas por cargas adicionales PLL

08/11/2018 15

Laboratorio de ensayo de eficiencia de motores de inducción

MotorDinamómetro

Fuente

Variac

Freno de

histéresis

POTENCIA

ELÉCTRICA

POTENCIA MECÁNICA

P2

P1

Método 2-1-1 A de la IEC 60034-2-1

08/11/2018 16

𝑃2 = 2. 𝜋. 𝑇.𝜔𝑚

𝜂 =𝑃2𝑃1

𝑃1 𝑇 𝜔𝑚

Analizador de redes Freno de Histeresis

Método 2-1-1 B de la IEC 60034-2-1

08/11/2018 17

Prueba de Motor de inducción sin carga (Condición de vacio)

0

200

400

1,38 1,39 1,4 1,41 1,42

Po

Ro

Po vs. Ro

𝑅0 =𝑃0 − 𝐵

𝑚0

200

400

1,380 1,390 1,400 1,410 1,420

Po

Ro

Po vs. Ro

Determinar Perdidas de fricción y ventilación PfW (Se toman los 4 valores porcentuales mas pequeños)

% de U Uo Io Po Ro Ps Pc

60 138.40 2.47 130 1.3895 12.7161 81.32

50 114.40 2.05 110 1.3874 8.7460 65.29

40 92.07 1.72 100 1.3864 6.1761 57.86

30 69.13 1.47 90 1.3853 4.5107 49.52

𝑃𝑠 = 1,5. 𝐼2. 𝑅 𝑃𝑐 = 𝑃0 − 𝑃𝑠

U2 Pc

19154.56 81.32

13087.36 65.29

8476.27 57.86

4779.42 49.52

Pfwo

38.8252

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

Pc

U^2

Pc vs. U^2


08/11/2018 18

𝑃𝑠 = 1,5. 𝐼2. 𝑅 𝑃𝑐 = 𝑃0 − 𝑃𝑠

Determinar pérdidas de hierro Pfe. (Se toman los 4 valores porcentuales mas grandes)

% de U Uo Io Po Ro Ps Pc

110 250.6 7.32 360 1.4137 113.518 210.52

100 229.23 5.27 260 1.40.32 58.4553 165.58

95 217.8 4.63 230 1.4000 45.0183 149.02

90 206.9 4.22 210 1.3979 37.4013 136.63

Uo Pc - Pfwo

250.6 171.6908

229.23 126.7535

217.8 110.1905

206.9 97.8076 70,00

90,00

110,00

130,00

150,00

170,00

190,00

190,00 210,00 230,00 250,00 270,00

Pfe

Uo

Pfe vs. Uo

𝑃𝑓𝑒 = 𝑚.𝑈𝑖 + 𝐵

𝑈𝑖 = 𝑈 −3

2. 𝐼. 𝑅. cos𝜑

2

+3

2. 𝐼. 𝑅. sin𝜑

2


19

𝑅 =𝑃1 − 𝐵

𝑚

0

1000

2000

3000

4000

1,38 1,39 1,40 1,41 1,42

P1

R

P1 vs. R

0

1000

2000

3000

4000

1,38 1,39 1,40 1,41 1,42

P1

R

P1 vs. R

Carga (%) I P1 s m T R K S S PS PS Pr Pr P1 P2 PfW

125 10.05 3240

1800

1752 15.12 1.41

1.011

0.03 0.03 214.2 216.6 77.58 78.58 3243 2774 36.29

115 9.43 2980 1755 13.91 1.41 0.03 0.03 188.4 190.5 66.88 67.57 2983 2556 36.44

100 8.57 2610 1763 12.1 1.41 0.02 0.02 155.1 156.8 48.07 48.57 2612 2234 36.86

75 7.29 1990 1772 9.076 1.40 0.02 0.02 111.8 113 27.41 27.69 1992 1684 37.33

50 6.28 1390 1782 6.058 1.40 0.01 0.01 82.62 83.54 11.91 12.03 1391 1131 37.86

25 5.56 790 1790 3.022 1.39 0.01 0.01 64.58 65.3 3.38 3.42 790.8 556.5 38.29

10 5.39 450 1797 1.212 1.39 0.00 0.00 60.54 61.22 0.46 0.46 450.7 228.1 38.66

0 5.33 260 1799 0.191 1.39 0.00 0.00 59.2 59.86 0.05 0.05 260.7 35.98 38.77

𝐾𝜃 =235 + 𝜃𝑊 + 25 − 𝜃𝑐

235 + 𝜃𝑊𝑆 = 1 −

𝑝. 𝑛

𝑓𝑆𝜃 = 𝑆. 𝐾𝜃 𝑃𝑆 = 1,5. 𝐼2. 𝑅

𝑃𝑆,𝜃 = 𝑃𝑆. 𝐾𝜃 𝑃𝑟 = 𝑃1 − 𝑃𝑆 − 𝑃𝑓𝑒 . 𝑆 𝑃𝑟,𝜃 = 𝑃1 − 𝑃𝑆,𝜃 − 𝑃𝑓𝑒 . 𝑆𝜃

𝑃1,𝜃 = 𝑃1 − 𝑃𝑆 − 𝑃𝑆,𝜃 + 𝑃𝑟 − 𝑃𝑟,𝜃 𝑃2 = 2. 𝜋. 𝑇. 𝑛 𝑃𝑓𝑤 = 𝑃𝑓𝑤0. 1 − 𝑆 2.5

Determinar pérdidas residuales PLr


20

Carga (%) P1 P2 PS Pr Pfe PfW PLr

125 3240 2774 214.2 77.58

116.44

36.29 21.5

115 2980 2556 188.4 66.88 36.44 15.45

100 2610 2234 155.1 48.07 36.86 19.64

75 1990 1684 111.8 27.41 37.33 12.90

50 1390 1131 82.62 11.91 37.86 10.72

25 790 556.5 64.58 3.38 38.29 0.88

10 450 228.1 60.54 0.46 38.66 5.86

0 260 35.98 59.2 0.05 38.77 9.60

𝑃1 − 𝑃2 − 𝑃S − 𝑃𝑟− 𝑃𝑓𝑒 − 𝑃fw = 𝑃𝐿𝑟

Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %

PLr 21.5 15.45 19.64 12.90 10.72 0.88 5.86 9.60

T2 228.6 193.5 146.4 82.37 36.7 9.13 1.47 0.04

A 0.07

B 4.94

R² = 0,7625

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 50 100 150 200 250

PL

r

T^2

PLr vs. T^2

𝐴 =𝑖. σ 𝑃𝐿𝑟. 𝑇

2 − σ𝑃𝐿𝑟 . σ 𝑇2

𝑖. σ 𝑇2 2 − σ 𝑇2 2 𝐵 =σ𝑃𝐿𝑟𝑖

− 𝐴 ∗σ𝑇2

𝑖

Determinar pérdidas residuales PLr Determinar pérdidas adicionales PLL

𝑃𝐿𝐿 = 𝐴 . 𝑇2

Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %

PLr 21.5 15.45 19.64 12.90 10.72 0.88 5.86 9.60

T2 228.6 193.5 146.4 82.37 36.7 9.13 1.47 0.04

A 0.07

B 4.94

PLL 16.82 14.23 10.77 6.06 2.70 0.67 0.11 0.00

R² = 0,7625

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 50 100 150 200 250P

Lr

T^2

PLr vs. T^2

𝑃𝑇 = 𝑃𝑓𝑒 + 𝑃𝑓𝑤 + 𝑃𝑆,𝜃 + 𝑃𝑟,𝜃 + 𝑃𝐿𝐿Carga 125% 115% 100% 75% 50% 25% 10% 0 %

PT 464.5 425.2 369.5 300.5 252.5 224.1 216.9 215.1

Ƞ(%) 85.68 85.75 85.86 84.91 81.85 71.66 51.88 17.49

𝜂 =𝑃1,𝜃 − 𝑃𝑇𝑃1,𝜃

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

0% 50% 100% 150%

Efi

cien

cia

Carga

Eficiencia vs. Carga

Determinar pérdidas Totales PT

Motores de Prueba

08/11/2018 21

Motor Nema

Nivel de eficiencia IE1

Motor IEC

Nivel de eficiencia IE3

Método 2-1-1 A de la IEC 60034-2-1

08/11/2018 22

Resultados

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

0 20 40 60 80 100 120 140

EFICIENCIA (%)

CARGA (%)

Carga Vs Eficiencia

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

0 20 40 60 80 100 120 140

EFICIENCIA (%)

CARGA (%)

Carga Vs Eficiencia

Metodo A de IEC 60034 2-1

Motor Nema IE1 (3HP) Motor IEC IE3 (4 HP)

Carga (%) P1(W) W(RPM) T (NM) P2(W) n (%) Carga (%) P1(W) W(RPM) T (NM) P2(W) n (%)

125 3375 1746 15.27 2791.98 82.73% 125 4293 1761 20.31 3745.40 87.24%

115 3039 1754 14 2571.50 84.62% 115 3944 1764 18.65 3445.13 87.35%

100 2674 1762 12.1 2232.65 83.49% 100 3432 1770 16.19 3000.88 87.44%

75 2027 1771 9.045 1677.47 82.76% 75 2602 1779 12 2235.56 85.92%

50 1408 1782 5.998 1119.29 79.50% 50 1807 1786 8.033 1502.41 83.14%

25 830 1790 2.993 561.03 67.59% 25 1028 1794 4.004 752.22 73.17%

0 192 1799 0 0.00 0.00% 0 201 1799 0 0.00 0.00%


08/11/2018 23

Resultados

Motor Nema IE1 (3HP)

U (%) Po(W) Rpro (Ω) Ro(Ω)

110% 255 1.46 1.46

100% 192 1.44

95% 163 1.43

90% 145 1.43

60% 75 1.41

50% 60 1.41

40% 47 1.40

30% 41 1.40 1.40

Motor IEC IE3 (4 HP)

U (%) Po(W) Rpro (Ω) Ro(Ω)

110% 242 0.81 0.81

100% 201 0.80

95% 176 0.79

90% 160 0.79

60% 104 0.77

50% 85 0.77

40% 75 0.76

30% 63 0.76 0.76

0

50

100

150

200

250

300

1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48

PO

RO

Po Vs Ro

0

50

100

150

200

250

300

1,38 1,4 1,42 1,44 1,46 1,48

PO

RO

Po Vs Ro

0

50

100

150

200

250

300

0,74 0,76 0,78 0,80 0,82

PO

RO

Po Vs Ro

0

50

100

150

200

250

300

0,74 0,76 0,78 0,80 0,82

PO

RO

Po Vs Ro

Condición de vacío


08/11/2018 24

Motor Nema IE1 (3 HP)

Pérdidas fricción y ventilación

U (%) V (V) I (A) Po (W) Ro(Ω) Ps (W) Pc (W)

60% 138,88 2,56 75 1,41 13,89 61,11

50% 115,77 2,15 60 1,41 9,77 50,23

40% 92,72 1,78 47 1,40 6,69 40,31

30% 69,63 1,45 41 1,40 4,41 36,59


Pérdidas fricción y ventilación


60% 132,9 2,84 104 0,77 9,34 94,66

50% 110,6 2,37 85 0,77 6,48 78,52

40% 88,4 1,95 75 0,76 4,34 70,66

30% 66,3 1,64 63 0,76 3,06 59,94

U2 Pc (W)

19286,73 61,11

13401,92 50,23

8596,38 40,31

4847,87 36,59

Pfwo 26,87

U2 Pc (W)

17658,87 94,66

12221,30 78,52

7819,86 70,66

4401,44 59,94

Pfwo 49,2320,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

65,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

Pc

U^2

Pc Vs U2

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00

Pc

U^2

Pc Vs U2



08/11/2018 25



Pérdidas hierro


110% 239,77 6,93 242 0,81 58,74 183,26

100% 220,64 5,67 201 0,80 38,68 162,32

95% 209,26 5,11 176 0,79 31,16 144,84

90% 198,46 4,69 160 0,79 26,08 133,92

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

200,00 210,00 220,00 230,00 240,00 250,00

Pc

U0

Pc Vs U2

Uo Pfe (W)

239,77 134,02

220,64 113,09

209,26 95,61

198,46 84,68

Ui 209,89

Pfe 98,15

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

110,00

120,00

130,00

140,00

190,00 200,00 210,00 220,00 230,00 240,00 250,00

Pc

U0

Pc Vs U2

Uo Pfe (W)

244,59 125,77

230,84 97,53

217,88 86,64

207,34 77,38

Ui 222,84

Pfe 93,89


Pérdidas hierro


110% 244,59 6,84 255 1,46 102,36 152,64

100% 230,84 5,59 192 1,44 67,60 124,40

95% 217,88 4,80 163 1,43 49,49 113,51

90% 207,34 4,36 145 1,43 40,75 104,25


08/11/2018 26


Carga (%) P1 (W) Rpro (Ω) R (Ω)

125% 3375 1,51 1,51

115% 3039 1,50

100% 2674 1,49

75% 2027 1,46

50% 1408 1,44

25% 830 1,42

0% 192 1,40 1,40

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1,38 1,43 1,48 1,53

P1

R

P1 Vs R

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1,38 1,43 1,48 1,53

P1

R

P1 Vs R


Carga (%) P1 (W) Rpro (Ω) R (Ω)

125% 4293 0,87 0,87

115% 3944 0,86

100% 3432 0,85

75% 2602 0,83

50% 1807 0,80

25% 1028 0,78

0% 201 0,76 0,76

0500

100015002000250030003500400045005000

0,75 0,80 0,85 0,90

P1

R

P1 Vs R

0500

100015002000250030003500400045005000

0,75 0,80 0,85 0,90

P1

R

P1 Vs R

Condición bajo carga


08/11/2018 27


Carga (%) R (Ω) P1 (W) P2 (W) Ps (W) Pr (W) Pfe (W) Pfw (W) PLr (W)

125% 1.51 3375 2791.98 239.63 91.24

93.89

24.90 133.36

115% 1.50 3039 2571.50 211.66 69.85 25.19 66.91

100% 1.49 2674 2232.65 174.26 50.79 25.47 96.94

75% 1.46 2027 1677.47 123.59 29.15 25.80 77.09

50% 1.44 1408 1119.29 90.88 12.23 26.20 65.51

25% 1.42 830 561.03 72.27 3.69 26.50 72.63

0% 1.40 192 0.00 65.61 0.02 26.83 5.66


Carga (%) R (Ω) P1 (W) P2 (W) Ps (W) Pr (W) Pfe (W) Pfw (W) PLr (W)

125% 0.87 4293 3745.40 230.27 85.90

98.15

46.61 86.67

115% 0.86 3944 3445.13 198.19 72.95 46.81 82.76

100% 0.85 3432 3000.88 158.78 52.92 47.21 74.07

75% 0.83 2602 2235.56 103.35 28.01 47.81 89.13

50% 0.80 1807 1502.41 66.76 12.77 48.28 78.63

25% 0.78 1028 752.22 44.68 2.95 48.82 81.17

0% 0.76 201 0.00 36.63 0.04 49.16 17.02

Carga (%) PLr (W) T2

125% 86.67 412.50

115% 82.76 347.82

100% 74.07 262.12

75% 89.13 144.00

50% 78.63 64.53

25% 81.17 16.03

0% 17.02 0.00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00

PLR

T2

PLr Vs T2Carga (%) PLr (W) T2

125% 133.36 233.17

115% 66.91 196.00

100% 96.94 146.41

75% 77.09 81.81

50% 65.51 35.98

25% 72.63 8.96

0% 5.66 0.00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00

PLR

T2

PLr Vs T2


28

Carga (%) PLL (W) T2

125% 70.80 233.17

115% 59.52 196.00

100% 44.46 146.41

75% 24.84 81.81

50% 10.92 35.98

25% 2.72 8.96

0% 0.00 0.00

Carga (%) PT(W) n (%)

125% 524.07 84.49%

115% 463.18 84.77%

100% 391.34 85.38%

75% 298.96 85.26%

50% 235.27 83.30%

25% 199.90 75.94%

0% 187.08 2.93%

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00

PLR

T2

PLL Vs T2 Carga (%) PLL (W) T^2

125% 31.43 412.50

115% 26.50 347.82

100% 19.97 262.12

75% 10.97 144.00

50% 4.92 64.53

25% 1.22 16.03

0% 0.00 0.00

Carga (%) PT(W) n (%)

125% 495.83 88.46%

115% 445.58 88.71%

100% 379.35 88.95%

75% 289.74 88.87%

50% 231.76 87.18%

25% 196.36 80.91%

0% 184.39 8.45%

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140%

EFICIENCIA (%)

CARGA (%)

Eficiencia Vs Carga

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00

PLR

T2

PLL Vs T2

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140%

EFICIENCIA (%)

CARGA (%)

Eficiencia Vs Carga

Conclusiones

29

La gestión de motores eléctricos se debe de realizar en todo el proceso del ciclo de vida del motor:selección y especificación, instalación y protección, operación, monitoreo, mantenimiento, yreparación.

Para la determinación experimental de la eficiencia, se acepta a nivel internacional los métodos:método 2-1-1 A (método directo) y el método 2-1-1 B (separación de pérdidas), ambos de la IEC 60034-2-1. Asimismo se puede usar el método A (directo) y B (separación de pérdidas) de la Norma IEEE 112.Ambos métodos son equivalentes.

La aplicación del método de separación de pérdidas, de la norma IEC 60034-2-1 o la IEEE 112 permiteseparar las pérdidas por su magnitud y según su origen: pérdidas de hierro y pérdidas de fricción yventilación, pérdidas joule en devanados del estator y del rotor y las pérdidas adicionales.

En Colombia se cuenta con la experticia y la infraestructura técnica para determinar la eficiencia de unmotor eléctrico a partir de ensayos y certificar si éste cumple con lo especificado en la placa de datos,según el RETIQ. La red RECIEE ha sido un factor clave para avanzar en este objetivo.

GraciasEnrique Ciro Quispe Oqueña

[email protected]

www.reciee.com


Implementación de un Sistema de

Acondicionamiento de Aire con Energía

Solar Usando un Ciclo de Refrigeración por

AbsorciónCesar A. Isaza R.

Grupo de Energía y Termodinámica – UPB



Objetivo General

Desarrollo, implementación y evaluación de un sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo y un sistema de producción de frío por absorción a escala de laboratorio.

08/11/2018 2

Objetivos específicos

1. Seleccionar un edificio apropiado para la instalación demostrativa y evaluar el potencial del uso de la energía solar.

2. Escoger la tecnología apropiada para la instalación demostrativa.

3. Realizar un modelo de simulación dinámico para la instalación demostrativa.

4. Dimensionar y efectuar el diseño de detalle del sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo.

08/11/2018 3

Objetivos específicos5. Desarrollar un sistema de control e implementar

un proceso de monitoreo y adquisición de datos para la instalación demostrativa.

6. Cometer la construcción y puesta en marcha de un sistema de acondicionamiento de aire solar demostrativo.

7. Diseñar y construir un dispositivo de laboratorio para evaluar ciclos innovadores de refrigeración por absorción, intercambiadores de calor y nuevos pares refrigerantes.

8. Realizar modelos teóricos para simular los procesos involucrados en un ciclo de refrigeración por absorción a escala de laboratorio.

08/11/2018 4

Actividades realizadas 7 noticias (prensa, radio y televisión) sobre el

proyecto de Climatización Solar

1 video realizado sobre el proyecto de Climatización solar

4 Conferencias

1 Proyecto en la Convocatoria Pública USAID No. CCEP-FI-RFPCP-044-12-15, Desarrollo de Proyectos Demostrativos y/o Educativos Sobre Energías Renovables y Eficiencia Energética, con la propuesta denominada “Integración De Tecnologías Energéticamente Eficientes en Sistemas de Climatización Operados con Energía Térmica”.

08/11/2018 5

Productos finales 8 artículos publicados en revistas

nacionales e internacionales

26 ponencias en congresos nacionales e internacionales

5 trabajos de pregrado finalizadas

1 monografía de especialización

5 tesis de maestría (3 finalizadas, 1 internacional)

1 tesis de doctorado finalizada

3 capítulos de libros publicados

08/11/2018 6

Propuestas de nuevos temas de investigación a

partir de los resultados obtenidos

Energética 2030. Proyecto Construcción Sostenible.

Casa Hábitat Smart Living Lab.

Ciudades del Futuro

Hábitat – Sostenibilidad

Almacenamiento de energía con materiales de cambio de fase (PCM)

08/11/2018 7

Gracias

Cesar A. Isaza-Roldan.

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