MODELO TIPO DE DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICO-ESPACIAL PARA PROYECTOS AGROECOLÓGICOS EN TERRENOS DE ÁREAS DE 300 HA, CON PROYECCIÓN DE TECNOLOGÍAS APROPIADAS Informe de Pasantía STIT LEANDRO MUNÉVAR CHAUTA Fundación Planeta Vivo Btá Universidad Distrital Francisco José de Caldas 01 de febrero de 2018
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MODELO TIPO DE DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICO-ESPACIAL PARA PROYECTOS AGROECOLÓGICOS EN TERRENOS DE ÁREAS DE 300 HA, CON PROYECCIÓN DE TECNOLOGÍAS
APROPIADAS Informe de Pasantía
STIT LEANDRO MUNÉVAR CHAUTA Fundación Planeta Vivo Btá
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 01 de febrero de 2018
MODELO TIPO DE DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICO-ESPACIAL PARA PROYECTOS
AGROECOLÓGICOS EN TERRENOS DE ÁREAS DE 300 Ha, CON PROYECCIÓN DE
1 El fuste hace referencia a la madera del árbol sin considerar la corteza, es decir, a su parte sólida, Basado en definición del diccionario de la Real Academia de la Lengua, RAE. 23ª Edición (2014)
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c. Tomando como base una muestra representativa del peso determinado en campo para cada
sección, someter a temperatura de 80°C en horno dicha muestra hasta deshidratar al máximo
si contenido y obtener, de esta manera, un peso seco (PS). Con este valor y el valor del peso
verde (PV) determinado en el literal anterior, establecer la siguiente relación, individualmente
para cada sección:
𝑅 = 𝑃𝑆𝑃𝑉⁄
d. Luego de obtener la relación de PS/PV de manera individual para fuste, ramas y follaje,
realizar la multiplicación por cada sección del peso verde obtenido de los árboles
muestreados para determinar el peso seco total de cada árbol. Posteriormente estimar un
peso seco total por hectárea promediando por el porcentaje de muestra de la parcela con
relación a una hectárea de terreno. (Salazar, 1989)
2.2.2. Muestreo en arbustos de cultivos de passifloras
Se recomienda seguir la metodología expuesta en el texto Cuantificación y valoración económica
del servicio ambiental, almacenamiento de carbono en sistemas agroforestales (Suárez Pascua,
2002) para la cuantificación de la biomasa total de cultivos frutales, en este caso plantaciones
del género Passifloras con especies de gulupa, maracuyá y granadilla, principalmente. Dicha
metodología se asemeja bastante con la implementada en el muestreo y la cuantificación del
estrato forestal, en el cual se establecen parcelas de muestreo, en este caso aleatorias, de una
cantidad considerable de individuos (no menor a 100 unidades por hectárea), donde se busca
que la biomasa recolectada de cada arbusto sea separada en hojas, ramas y tallos, con el fin de
obtener el peso verde (PV) de cada sección y su posterior peso seco (PS) luego de realizar su
respectiva deshidratación mediante pruebas de laboratorio.
Se aconseja realizar muestreos en parcelas con más de dos cosechas, con cortes a una altura
mayor a 30 cms y en diferentes fechas del año, con el fin de obtener el PS de cada componente
del individuo muestreado, así como de su composición total, para luego determinar el aporte de
biomasa por hectárea y, por ende, del terreno total.
2.2.3. Muestreo del estrato herbáceo
Acorde con la metodología del texto Efecto de varias especies de árboles sobre el estrato
herbáceo y la dinámica del nitrógeno del suelo (Harmand, Ndonfack, & Forkong Njiti, 2002)
empleada para el muestreo y la cuantificación de biomasa en vegetación herbácea, es importarte
identificar áreas donde la hierba del barbecho haya alcanzado su máximo desarrollo, con el fin
de emplearlas para la determinación de parcelas de muestreo. Es este caso se pueden tomar
secciones cuadradas de área de 2 m2 en adelante, distribuidas en varias parcelas y con varias
repeticiones, donde se obtendrán muestras para determinar peso verde (PV) y peso seco (PS)
equivalente en laboratorio. Finalmente, estimar el potencial de aporte de biomasa teniendo en
cuenta el factor de escala de la parcela tomada como muestra frente a la hectárea de terreno y
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el terreno en su totalidad. En este caso se recomienda secar todas las muestras (ramas, tallos y
follajes) para prevenir descomposición en ellas y garantizar óptimos resultados de laboratorio en
cuanto al aporte suministrado por biomasa.
2.3. Análisis de muestras en laboratorio
El análisis de contenidos de nutrientes y análisis de tejido vegetal se debe realizar únicamente
por laboratorios certificados, cuyos resultados permitan establecer los aportes de bioenergéticos
que generan las actividades productivas del sistema agroecológico, teniendo en cuenta la
cantidad biomasa correspondiente de cada componente, su concentración y sus características,
para así obtener el aporte de cada nutriente por especie, bien sea en la parcela muestreada
como en el área de terreno total.
Se recomienda que, para obtener los aportes de N, P, K, Ca y Mg por componente vegetal, los
métodos de determinación de concentración se realicen mediante pruebas de espectrometría de
absorción atómica (Díaz-Romeu & Hunter, 1978) (Rodríguez & Rodríguez Absi, 2011), ya que
estás pruebas demuestran altos índices de confiabilidad.
Adicionalmente, se recomienda de igual manera, realizar en laboratorios certificados las
siguientes pruebas, puesto que ellas determinaran el sistema energético más viable para el uso
de biomasa:
✓ Humedad, cenizas, contenido en compuestos volátiles
✓ Análisis elemental (C, H, N, S, Cl),
✓ Análisis de elementos inorgánicos de la biomasa,
✓ Poder calorífico
✓ Análisis termogravimétrico
✓ Distribución granulométrica
✓ Densidad de pila,
✓ Densidad de partícula
✓ Densidad aparente, índice de combustión y durabilidad.
2.4. Análisis cualitativo de la ubicación de plantas de aprovechamiento de biomasa
La localización de plantas de aprovechamiento de biomasa procedente de sistemas
agroecológicos está condicionado a la realización de un análisis exhaustivo de las características
particulares de la región geográfica en donde se pretende implementar dicho sistema. En la
actualidad, existen diferentes metodologías para la ubicación de este tipo de centrales las cuales
tienen en cuenta factores productivos, económicos y técnicos, sin embargo, el presente trabajo
se orienta a la utilización de los sistemas de información geográfica (SIG) para la optimización
de los procesos de localización, mediante el procesamiento de información digital con el fin de
particularizar las zonas objeto de estudio.
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Teniendo en cuenta que el sistema agroecológico proyectado por la Fundación Planeta Vivo aún
no cuenta con una ubicación específica, la cual se determinará únicamente después de terminar
los estudios de zonificación y pre factibilidad de la zona potencial -inicialmente en el
departamento de Huila-, el modelo tipo al cual hace referencia este documento establece una
propuesta estándar de ubicación de los sitios propios de procesamiento y aprovechamiento de
la biomasa dentro del área predispuesta para el establecimiento del proyecto general,
obedeciendo a las mejores condiciones en cuanto a distancias, eficiencia en los desplazamientos
y uniformidad en la topografía del terreno.
2.4.1. Obtención de las zonas con mayor aptitud y oferta de biomasa
En esta etapa se procede a determinar las zonas donde se presentan mayores índices de
acumulación de masas forestales y agrícolas, las cuales permitirán el acceso directo al
almacenamiento de la biomasa obtenida. Adicionalmente se analiza aquella información
referente a la orografía, existencia de infraestructura civil, presencia de cuerpos hídricos, valores
de pendientes, así como las restricciones técnicas y ambientales que afectan a estos factores.
Se debe tener en cuenta que el objetivo primordial de la ubicación de las plantas de
aprovechamiento de biomasa se basa en optar por un aumento en la eficiencia del proceso y en
disminución significativa de los impactos generados en el medio, motivo por el cual los aspectos
del modelo de localización para tener en cuenta son los siguientes:
✓ Zonas aptas para la obtención y almacenamiento de biomasa forestal y agrícola.
✓ Zonas aptas para el emplazamiento de tecnologías de trasformación de biomasa.
✓ Establecimiento de red de transporte.
3. ESTIMACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA
Teniendo en cuenta que la biomasa proveniente de actividades agroforestales es una gran fuente
potencial de energía, la Fundación Planeta Vivo Btá pretende establecer un sistema
agroecológico, que cuente con tecnologías apropiadas para la conversión de biomasa en energía
aprovechable en procesos de producción.
Para esto, es conveniente establecer el proceso productivo de energía a partir de la conversión
de biomasa, determinado por la capacidad de las plantas generadoras. Según (Amengual
Romaní & Triguero Gíl, 2013), pueden considerarse tres tipos de plantas biogeneradoras de la
siguiente manera:
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Tabla 2. Tipos de central en función del consumo energético
PLANTA CONSUMO ENERGÉTICO POTENCIA MW
Tipo 1 Bajo 0.1-1
Tipo 2 Medio 1-4
Tipo 3 Alto 4-7
Fuente: Implantación Central de Biomasa Forestal y Aprovechamiento de las Masas Forestales (2013).
Dichas plantas se establecen bajo el análisis de tres puntos esenciales, los cuales determinan la
viabilidad del proyecto bioenergético y que obedecen a fundamentos técnicos y apreciativos de
alto impacto que tendrán repercusión al momento de la decisión final en la elección del tipo de
tecnología a emplear, los cuales son:
✓ Valoración ambiental
✓ Valoración económica y tecnológica
✓ Valoración social y política
3.1. Procesos de producción de energía a partir de biomasa
En el Sistema Agroecológico planteado en el presente proyecto, la biomasa leñosa se obtendrá
de los bosques naturales y de los bosques plantados dentro de un área correspondiente a 300
hectáreas aproximadamente. En adición a esto, un determinado porcentaje de la biomasa
utilizada para la producción energética será captada de los residuos agrícolas provenientes de
los cultivos de pasifloras, entre ellas, especies tales como maracuyá, gulupa, curuba, granadilla,
entre otras. (Barrios & Gómez, 2016)
Distintos autores ha determinado diferentes clasificaciones para el proceso de transformación de
la biomasa obtenida en sistemas agroforestales, entre los que se destacan la clasificación
descrita en el Inventario de recursos energéticos renovables y no renovables de Colombia.
(Valencia, 2001) en procesos bioquímicos y térmicos, donde el primero consiste en la utilización
de bacterias para degradar las moléculas de la biomasa para poder utilizarlas en procesos de
generación de energía, y el segundo consiste en transformar la biomasa bajo condiciones de
elevadas temperaturas y disponibilidad de oxígeno; y la clasificación del texto Bioenergía:
Fuentes, conversión y sustentabilidad (Red Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos
Orgánicos en Producción de Energía, 2014) en termoquímicos y biológicos, cuya caracterización
se asemeja presentada en primera instancia, pero reagrupada según determinados subprocesos
como la combustión, pirólisis, gasificación, producción de biogás y de biocombustibles, entre
otros.
Tomando en consideración ambas clasificaciones presentadas, se ha optado por caracterizar los
procesos de conversión de la biomasa en térmicos, químicos y biológicos, de manera individual,
sin demeritar el hecho de que, debido a la complejidad y multiplicidad de los subprocesos
involucrados, pueden interpretarse características bioquímicas o termoquímicas
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simultáneamente. Es así como se puede clasificar en la gráfica 3 los diferentes procesos de
transformación energética de la biomasa y sus más comunes productos.
Gráfica 2. Procesos de conversión y formas de energía
Fuente: Manuales sobre Energía Renovable: Biomasa, 2002
A continuación, se describen los procesos de conversión de biomasa a energía mencionados
anteriormente:
3.1.1. Procesos de combustión directa
Se establecen mediante sistemas de combustión directa para generar calor, el cual se utiliza en
variedad de actividades rutinarias como la cocción de alimentos. La utilización de este tipo de
procesos de transformación de biomasa, generan un alto grado de desperdicio de energía en
forma de calor al ambiente, lo que los hace ineficientes y de igual forma, generan impactos
negativos sobre el entorno. Existen en la actualidad gran cantidad de procesos de combustión
que involucran el uso de la biomasa, como se indica en la siguiente tabla:
Tabla 3. Uso de la biomasa sólida en procesos de combustión directa
Producto Tecnología Usos en
Latinoamérica Características
Polvos Quemadores de polvo De moderado a
bajo • Costo de inversión elevado
• Facilita su empleo, incluyendo
la escala doméstica
• Mejora la eficiencia y las
características de la
combustión
Astillas Hornos y calderas en
suspensión y lecho
fluidizado
De moderado a
bajo Pellets
Briquetas Hornos y calderas en
parrilla
De moderado a
bajo
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Leñosos Hornos y calderas,
estufas eléctricas
Amplio
El tamaño dificulta el empleo en
dispositivos de alta eficiencia,
requiere procesamiento
Carbón
vegetal Estufas domésticas
Disminuye la eficiencia
energética total, pero su uso es
más conveniente con menos
humo
Fuente: Manuales sobre Energía Renovable: Biomasa, 2002
Alguna de las tecnologías que utilizan este tipo de procesos exotérmicos son ampliamente
empleadas para suplir necesidades básicas de energía, mayoritariamente en sectores de la
población que carecen de servicios públicos básicos como suministro de gas o de energía
eléctrica, es por ello por lo que se consideran un tipo de tecnologías muy contaminantes y
bastante ineficientes.
3.1.2. Procesos térmicos y químicos
Mediante estos procesos se busca convertir la biomasa en productos con características físicas
y químicas más altas, mediante procesos de quema bajo condiciones controladas. El resultado
de este proceso son compuestos gaseosos, líquidos y sólidos que pueden ser utilizados como
combustibles orgánicos para la producción de energía y/o calor. Entre los procesos más
utilizados se encuentra la combustión, la pirólisis, a licuefacción y la gasificación. Cabe destacar
que en años recientes viene tomando fuerza la utilización de esta última tecnología, la cual
aprovecha el potencial térmico del monóxido de carbono CO generado a partir de la combustión
incompleta de la biomasa, generada en condiciones normales con presencia de oxígeno.
La combustión directa de la biomasa o incineración es, comúnmente, el método más empleado
por el ser humano para generar calor. Consiste en una reacción exotérmica de oxidación con el
aire a temperaturas próximas a los 1000ºC, y siempre que el contenido en humedad sea inferior
al 40%. El contenido en cenizas de la biomasa depende de la naturaleza de esta pero
normalmente estas cenizas están constituidas de materiales alcalinos como K, Ca, Mg, Na, Fe,
Si y Al entre otros.
La pirolisis consiste en calentar la biomasa dentro de un reactor a temperaturas entre 380-530ºC
en ausencia de oxígeno. De esta forma los constituyentes se transforman en una fracción sólida
compuesta por carbono (coque), una fracción líquida (alquitranes, ácidos aldehídos, cetonas,
agua, alcoholes y compuestos fenólicos) y otra gaseosa (principalmente monóxido de carbono
C6H6, acetileno C2H2 y agua H2O). Los productos de la pirolisis dependen de la temperatura, ratio
de calor, tamaño de las partículas de biomasa y tiempo de estancia en el reactor (Candeas,
2013). La siguiente gráfica representa los productos que se obtienen en la pirólisis de la biomasa
y algunas de sus posibles usos recomendados:
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Gráfica 3. Productos de la pirólisis de la biomasa
Fuente: Generación eléctrica distribuida y aprovechamiento de los residuos de la industria del olivar, 2013.
Por otro lado, la gasificación es un proceso complejo que consiste en un conjunto de reacciones
químicas que tienen lugar dentro de un lecho, bien pueda ser fijo o móvil, que da lugar a un
proceso de combustión incompleta de la biomasa. El gas pobre2 obtenido, que contiene
monóxido de carbono CO, hidrógeno H2, nitrógeno N2 y metano CH4, entre otros, tiene un poder
calorífico de 4 a 10MJ/m3 que depende principalmente del tipo de gasificación, biomasa y/o agente
gasifícante. El tipo de tecnologías que hacen uso de la gasificación se pueden clasificar según
los siguientes aspectos:
1. Según el agente gasifícante:
• Aire
• Oxígeno
• Vapor de agua
• Dióxido de carbono
2. Según la forma de suministro de calor:
• Directo
• Indirecto
3. Según el tipo de reactor:
• Lecho fijo o móvil
• Lecho fluidizante
• De flujo arrastrado a presión
2 Se denomina gas pobre, gas de síntesis o gas producto al combustible gaseoso de bajo poder calorífico obtenido mediante el proceso de gasificación de la biomasa. (Candeas, 2013)
PRODUCT
OS
(Pirólisis de
la Biomasa)
Carbón
Biocombustibl
e
(Alquitrán)
Gas
Combustible
Combustibles
Carbón
Productos
Químicos
Electricidad
Metanol
Hidrocarburo
Amoniaco
Electricidad
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3.1.3. Procesos biológicos
Mediante estos procesos se producen combustibles gaseosos y líquidos a partir de procesos de
fermentación alcohólica y digestión anaerobia, principalmente. Este tipo de procesos bioquímicos
utiliza las características biológicas de la biomasa, con grandes porcentajes de humedad, así
como las actividades metabólicas bacterianas (transformación energética gracias a la acción de
microorganismos como enzimas y bacterias).
El proceso de fermentación hace referencia a la obtención de combustibles líquidos de origen
vegetal por medio de un proceso químico encargado de transformar los hidratos de carbono de
la biomasa vegetal -con contenido importante de azúcares- en etanol, debido a la intervención
de microorganismos como levaduras productoras de enzimas que catalizan la reacción.
(Candeas, 2013)
Por otro lado, la digestión anaerobia consiste en la conversión bioquímica de material orgánico
en un gas combustible denominado biogás, el cual se encuentra formado, principalmente, por
metano orgánico CH4 y dióxido de carbono CO2. Mediante una acción bacteriana, la biomasa es
convertida a biogás dentro de un ambiente anaerobio (ausencia de oxígeno). Los sistemas de
este tipo de biomasa se suelen clasificar en sistemas con biomasa suspendida y fija. El biogás
puede utilizarse como combustible en microturbinas, motores de combustión y pilas de
combustible con el objeto de generar energía eléctrica y térmica. (Candeas, 2013)
3.2. Tecnologías propuestas para conversión de biomasa
Teniendo en cuenta la dinámica energética mundial tendiente a reemplazar el uso de
combustibles fósiles por alternativas menos contaminantes y principalmente, con una mejor
relación costo-beneficio, ha resurgido la dinámica de utilización de la biomasa como fuente de
energía, cuyas ventajas se enfocan no solo en temas de eficiencia sino en hechos como su
amplia distribución global, el empleo de mano de obra local, la consecución de un desarrollo
propio de cada región y la disminución en el exceso de generación de gases efectos invernadero.
En este orden de ideas, la transformación de la biomasa en energía, o bioenergía como se le
conoce ampliamente, implica la utilización de biocombustibles procedentes de los procesos de
conversión de energía y de otros procesos conexos. Dichos biocombustibles se clasifican de
manera general respecto al estado en que se encuentran: sólido, líquido o gaseoso. (Red
Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos Orgánicos en Producción de Energía, 2014)
En cuanto a los biocombustibles sólidos es posible identificar dos grandes bloques, aquellos que
se conocen como pellets y los conocidos como productos de torrefacción. Los pellets de biomasa
son elaborados a partir de aserrín natural seco, sin ningún aditivo, utilizando la propia lignina que
contiene el aserrín como aglomerante, comprimiéndolo a una alta presión para formar el pellet,
lo que hace que los pellets tengan una composición muy densa y dura. Consiguiendo con ello un
gran poder calorífico; por otro lado, los productos de torrefacción se entienden como aquellos en
los cuales la biomasa se transforma, a una temperatura oscilante entre 200 y 300 °C), en un
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producto hidrofóbico de alto poder calorífico que puede ser molido y mezclado con carbón mineral
para alimentar procesos de generación eléctrica y térmica. La biomasa torrefactada, pese a
encontrarse en etapa de desarrollo y no ser comercializada aún, es considerada uno de los
combustibles renovables del futuro, debido en gran parte a beneficios tales como:
• Densidad energética cercana a la del carbón.
• Mayor cantidad de materia prima disponible (todos los tipos de biomasa se pueden
torrefactar)
• Reducción significativa en costos de transporte y manejo.
• No presenta biodegradación durante el almacenamiento.
• Posee una gran variedad de aplicaciones
• Su combustión y gasificación son de ampliación fácil y limpia.
Asimismo, al referirse a biocombustibles líquidos se destacan el bioetanol y el biodiesel como los
más usados a nivel mundial dada su popularización entre los combustibles de origen natural. El
bioetanol se produce a partir de la fermentación alcohólica en la cual, a partir del hidrólisis de la
celulosa o el almidón base de la biomasa, se obtiene la glucosa que será sometida al proceso de
fermentación, llevadas a cabo por sus levaduras contenidas, con el fin de obtener en su gran
mayoría etanol y en menor cantidad otros productos como alcoholes y derivados. Para realizar
este proceso, comúnmente, suele emplearse materia orgánica rica en azúcar (caña, remolacha
o vino), así como de la transformación en azúcar del almidón presente en los cereales. El
bioetanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5% o el 10%, que no
requieren modificaciones en los motores actuales, aunque también suele transformarse para su
utilización como aditivo de la gasolina, en lugar de ser su sustituto. (García, 2002). Por otro lado,
el biodiesel es un combustible renovable derivado de aceites vegetales (comestibles o no
comestibles; nuevos o usados) y grasas animales que posee propiedades similares a las del
petróleo. El proceso de transesterificación consiste en combinar, el aceite (normalmente aceite
vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo de valor añadido
propanotriol (glicerina) que suele ser aprovechada por la industria cosmética, en su gran mayoría.
Fuera de los dos biocombustibles mencionados, existen algunos que se obtienen mediante el
proceso de generación gas de síntesis, como lo son los combustibles Fisher-Tropsch o
combustibles BTL, los cuales se destacan por no contener azufre ni nitrógeno, evitando por
consiguiente las emisiones de gases ácidos (SOx y NOx)
Por último, en la lista se encuentran los biocombustibles gaseosos, entre ellos el ampliamente
conocido biogás, el cual es generado a partir de procesos de digestión en contenedores
herméticos que proveen condiciones óptimas para el proceso tales como la ausencia de oxígeno.
Durante el almacenamiento de la biomasa en medio anaeróbico hay descomposición y
generación de biogás el cual contiene alrededor de un 50% de metano y el cual puede ser
aprovechado debido a su potencial calorífico. En general, el biogás suele ser utilizado de manera
directa, sin tratamientos adicionales, en equipos de calefacción tales como estufas, calderas y
hornos.
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Considerando la variedad de biocombustibles existentes, generados a partir de los procesos de
conversión de la biomasa en energía, es importante considerar ciertas variables cruciales al
momento de determinar el tipo de tecnologías a emplear en un sistema agroecológico como se
plantea en el presente proyecto, como lo son el factor económico (costo final), relación costo-
beneficio, eficiencia operacional, beneficios ambientales e innovación tecnológica en referencia
a los procesos difundidos a nivel nacional, entro otros. Así pues, se identificaron algunos equipos
que involucran procesos de generación eléctrica bajo la premisa de la conversión de la biomasa
por medio de los métodos directos de transformación descritos anteriormente.
3.2.1. Generación de energía eléctrica mediante combustión con CRC y CRO
Uno de los procesos más comunes al hacer referencia a la generación de energía eléctrica a
partir de biomasa es el Ciclo Rankine Convencional (CRC) o ciclo de vapor de agua el cual suele
ser utilizado, principalmente, a gran escala debido a su elevado costo y reducción en la eficiencia
en potencias inferiores a 3MWel. Para casos en lo que se requiera una potencia eléctrica de bajo
consumo, a menor escala, es aplicable el Ciclo Rankine Orgánico (CRO) el cual posee un gran
potencial de generación eléctrica y calor a pequeña escala con biomasa maderable o herbácea
como combustible. A diferencia del ciclo Ranking convencional, el fluido de trabajo es un fluido
orgánico, que es vaporizado para accionar un expansor (turbina radial, turbina axial o expansor
de rosca, entre otros). El aprovechamiento de las características termodinámicas de estos
fluidos, al ser considerados con poca o casi nula humedad contenida y de alta densidad, es
técnicamente más viable para pequeñas capacidades que el agua misma. De igual forma
presenta una mayor estabilidad en temperaturas elevadas y en presiones aceptables de trabajo,
las cuales permiten alcanzar una eficiencia energética competitiva debido a que no se requiere
el sobrecalentamiento de vapores producto, debido a una reducción en la temperatura de
operación (Red Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos Orgánicos en Producción de
Energía, 2014). En la gráfica No. 4 se indican los flujos de proceso, tanto del Ciclo Rankine
Convencional como del Ciclo Rankine Orgánico, donde se pueden observar la diferencia principal
entre ambos ciclos, la cual radica en el tipo de fluido a utilizar en el proceso: fluido orgánico o
agua.
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Gráfica 4. Ciclos Rankine Convencional y Orgánico
Fuente: Bioenergía: Fuentes, conversión y sustentabilidad, 2014.
Teniendo en cuenta los niveles de proceso que involucran los ciclos CRC y CRO, es posible
identificar algunos ciclos específicos que involucran tecnologías de aprovechamiento del
potencial calorífico que se desprende de la combustión de la biomasa, entre ellos la generación
de energía eléctrica mediante combustión con Turbina de Quema Externa (EFGT), comprendido
por una máquina térmica la cual, a través de subprocesos de combustión o gasificación, basa su
operación en el ciclo Brayton3, considerado como el ideal para manejo de fluidos de trabajo como
el aire. De igual forma, es conocida la generación de potencia mediante la Gasificación – Motor
de Combustión Interna (GMCI), basada en el principio de la gasificación o combustión
incompleta, donde un combustible sólido, en este caso la biomasa, es convertido en un gas de
bajo o medio poder energético. Este tipo de tecnologías suelen clasificarse según el agente
oxidante usado, entre los cuales se pueden encontrar aire, vapor de agua, oxígeno, o mezclas
de los anteriores (Red Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos Orgánicos en
Producción de Energía, 2014). Sin embargo, al momento de establecer tecnologías de
transformación de biomasa en energía eléctrica y/o térmica aplicables al modelo de sistema
agroecológico al cual hace referencia este documento, se establecen a continuación los aspectos
generales de los siguientes casos, considerados como los más importantes:
3.2.2. Turbinas de vapor
Las turbinas de vapor son turbomáquinas destinadas a la producción de energía eléctrica a través
de un fluido a alta presión y temperatura, normalmente vapor de agua. Las centrales térmicas
basadas en turbinas de vapor están compuestas por una turbina acoplada a un generador
eléctrico, una bomba acoplada normalmente a un motor eléctrico, un condensador conectado a
una torre de refrigeración y un generador de vapor el cual es, comúnmente, una caldera de
grandes dimensiones (ver gráfica 5). Su instalación, además de los componentes propios de la
3 El ciclo Brayton o ciclo Joule, es un ciclo termodinámico constante que comprende, en términos generales, cuatro procesos: Compresión adiabática reversible (comprensión isentrópica) en el compresor, adición de calor a presión constante, expansión adiabática reversible (expansión isentrópica) en la turbina y la generación del calor expelido a presión constante. (Jaramillo, 2007)
21
máquina, se complementa con un sistema de almacenamiento, transporte y suministro de
Este tipo de tecnología es ideal para el aprovechamiento del gas pobre o gas de síntesis de la
gasificación de la biomasa, del biogás procedente de la digestión anaerobia de residuos
orgánicos en biodigestores, del biodiesel proveniente de la extracción de aceites de palma y del
bioalcohol o bioetanol procedente de la fermentación alcohólica de la biomasa, conocido
genéricamente como gasohol. De esta manera es posible configurar todo un esquema de
transformación de biomasa que incluya diferentes tecnologías de transformación, procesamiento
y distribución de energía como el presentado en gráfica 7, el cual corresponde a un sistema de
biogás genérico.
4 El ciclo Otto, presente en los denominados motores de cuatro tiempos, comprende un proceso de seis etapas mediante el empleo de un fluido de trabajo de mezcla entre aire y gasolina dentro de un cilindro provisto de un pistón: Admisión del fluido, compresión adiabática, explosión, expansión adiabática, enfriamiento isocórico y escape. (Blas, Fernández, & de Quero, 2007)
Rhinoceros 3D se especializa principalmente en el modelado libre mediante NURBS6. Hay
disponibles varios complementos o agregados (add-ons), también desarrollados por Robert
McNeel & Associates, para el renderizado fotorrealístico raytracing (Flamingo nXt) y Keyshot, en
renderizado no fotorrealístico (Penguin) y la animación (Bongo). Existen también componentes
como Grasshopper 3D, que se ha popularizado por su capacidad para generar diseño
paramétrico. Como muchas aplicaciones de modelado 3D, Rhinoceros incorpora el lenguaje
llamado RhinoScript, basado en Visual Basic. Además, existen en la web una gran cantidad de
complementos desarrollados por terceros, los cuales se pueden incorporar al programa base sin
ningún contratiempo.
Rhino 3D se ha ido popularizando en las diferentes industrias, por su diversidad, funciones
multidisciplinares y el relativo bajo costo. Las vastas opciones para importación y exportación en
el programa es una razón del crecimiento de su uso. La gran variedad de formatos con los que
puede operar, le permite actuar como una herramienta de conversión, permitiendo romper las
barreras de compatibilidad entre programas durante el desarrollo del diseño (Aurifero Informática,
2012). A pesar de esto, la operación del licenciamiento del programa es similar a la encontrada
en el programa AutoCAD, donde sus funcionalidades completas son accesibles mediante licencia
6 Las NURBS son representaciones matemáticas de geometría en 3D capaces de describir cualquier forma con precisión, desde simples líneas, círculos, arcos, o curvas en 2D hasta los más complejos sólidos o superficies orgánicas de formas libres en 3D. Gracias a su flexibilidad y precisión, se pueden utilizar modelos NURBS en cualquier proceso, desde la ilustración y animación hasta la fabricación. Recuperado de: https://www.rhino3d.com/la/nurbs
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de pago, aunque se disponga de un periodo de prueba para analizar sus características y tomar
una decisión final.
4.2. Software SIG
De modo similar a los softwares CAD, existe gran diversidad de softwares SIG que se pueden
clasificar según diferentes aspectos, entre ellos su gama de funcionalidades, recursos
disponibles y requerimientos técnicos. Así pues, los programas SIG pueden ser:
• SIG de escritorio, la categoría de software más utilizada, el cual tiene el origen de sus
recursos en el mismo ordenador donde se instalada. Ofrecen un amplio rango de
aplicaciones, desde visualizadores (ArcReader de ESRI, GeoMedia viewer de Intergraph,
MapInfo de ProViewer) hasta programas de creación de mapas y análisis (Map 3D de
Autodesk, ArcView de ESRI, GE Spatial Intelligence, GeoMedia de Intergraph, MapInfo
Professional) y tecnología de punta en sistemas de edición y análisis profesional (ArcInfo
de ESRI, GeoMedia Professional de Intergraph o GE Energy Smallworld GIS).
• SIG web, localizados en un servidor al que acceden los usuarios por red. Este tipo de
programas tiene una interfaz de usuario que ofrece funcionalidades de consulta, edición
y análisis espacial, permitiendo la simultaneidad de usuarios, pero reduciendo la
complejidad de sus herramientas.
• SIG móviles, diseñados para uso en dispositivos móviles cuya utilidad se enfoca en el
trabajo en campo. Poseen características similares a los SIG de escritorio, pero con un
sistema más ligero con el fin de simplificar procesos, volumen y peso virtual, uso de
memoria y optimizar el uso de redes móviles, como lo es el posicionamiento geográfico
GPS (Pérez Navarro, y otros, 2011).
Existen software SIG diferenciados también mediante su licenciamiento, de pago o gratuito
(freeware), sin embargo, en este caso se presenta una diferencia abismal entre las
funcionalidades y características presentadas entre uno y otro. Así pues, a continuación se
describe el programa más popular y ampliamente utilizado para los sistemas de información
geográfica:
4.2.1. ArcGIS
ArcGIS es un completo sistema que permite recopilar, organizar, administrar, analizar, compartir
y distribuir información geográfica creado y soportado por la importante empresa desarrolladora
ESRI. Es la plataforma líder mundial para crear y utilizar sistemas de información geográfica
(SIG), utilizada por personas de todo el mundo para poner el conocimiento geográfico al servicio
de los sectores del gobierno, la empresa, la ciencia, la educación y los medios. ArcGIS permite
publicar la información geográfica para que esté accesible para cualquier usuario. El sistema está
disponible en cualquier lugar a través de navegadores Web, dispositivos móviles como
smartphones y equipos de escritorio. Permite crear una amplia variedad de mapas, entre ellos,
36
mapas Web accesibles en navegadores y dispositivos móviles, diseños de mapa impresos de
gran formato, mapas incluidos en informes y presentaciones, libros de mapa, atlas, mapas
integrados en aplicaciones, etc.; permite sintetizar datos de diversas fuentes en una misma vista
geográfica unificada. Estas fuentes de datos incluyen información de bases de datos geográficas,
datos tabulares de sistemas de administración de bases de datos (DBMS) y otros sistemas
empresariales, archivos, hojas de cálculo, vídeos y fotos con geoetiquetas, KML, CAD Data,
fuentes en directo de sensores, imágenes aéreas y de satélite, etc.; y también permite crear
fácilmente datos geográficos mediante digitalización inteligente, con la que es posible dibujar
entidades directamente en un mapa y almacenarlas en la base de datos geográfica del sistema.
En general, ArcGIS es empleado para resolver problemas por medio del análisis espacial, crear
aplicaciones basadas en mapas, así como dar a conocer y compartir información mediante la
geografía y la visualización (ArcGIS Resources, 2013).
Su actual fase de desarrollo es la Beta III (Diciembre, 2016) y es totalmente gratuita para uso
personal, previo registro en su página web. Incluye un complemento apoyo para una
renderización y desempeño gráfico. Una nueva versión es lanzada al mercado cada 90 días, por
lo que se hace necesario descargar e instalar cada nueva versión, debido a que la anterior expira
de manera inmediata. Entre las ventajas más destacadas de este complemento está la
disminución significativa del tiempo de construcción del modelo, la reducción en el uso de
memoria virtual del ordenador, la generación detallada de plantaciones y la optimización en el
aspecto realista del modelo final.
Este complemento, junto con las características ya mencionadas del programa CAD Rhinoceros
son las más adecuadas para trabajar en la generación del modelo tipo de un sistema
agroecológico al cual hace referencia este documento, y el cual incluye, en su mayoría
características CAD concernientes a formulación de estructuras civiles, distribución espacial,
posicionamiento y localización de tecnologías y, en general, configuración de un sistema
complejo de producción agrícola, forestal, conservación, protección y sostenibilidad ambiental.
5. SISTEMA AGROECOLÓGICO
Teniendo en cuenta la concepción del proyecto de sistema agroecológico de 300 hectáreas
propuesto por la Fundación Planea Vivo Btá, es imprescindible definir aspectos básicos
referentes a dichos sistemas y, con mayor ahínco, las características diferenciales de los
39
conceptos de agricultura tradicional, agroforestería y agroecología, como fundamento básico
para el funcionamiento del sistema final a implementar.
La agricultura comprendida como un proceso productivo de generación de alimentos mediante
técnicas convencionales, implica el empleo de una determinada porción de suelo para siembra
de plantas alimenticias con base en dos objetivos principales: la maximización de la producción
y la maximización de las ganancias. Dichos objetivos han trasegado las condiciones naturales
de los ecosistemas trayendo consecuencias negativas en las dinámicas ecológicas de los
mismos a causa de las prácticas básicas de la agricultura moderna: labranza intensiva,
monocultivo, irrigación, aplicación de fertilizantes inorgánicos, control químico de plagas y la
manipulación genética de los cultivos; prácticas que se enfocan en la concepción de la planta
como una mini fábrica de producción de alimento, la cual debe evidenciar grandes desempeños
y arrojar a su vez los mejores resultados, en relación producción-tiempo (Gliessman, 2002).
Sin embargo, abogando por la resiliencia de los sistemas ecológicos, nació el concepto de
agroforestería definido como los sistemas y tecnologías de uso del suelo en los cuales el manejo
de especies leñosas perennes (árboles, arbustos, palmas, etc.) está asociado con cultivos
agrícolas o producción animal en alguna forma de arreglo espacial o secuencial temporal. (Nair,
1983). Su importancia radica en la capacidad de optimizar la producción del territorio a través de
una explotación diversificada en que los árboles cumplen un rol fundamental en el abastecimiento
de muchos productos, tales como madera, alimento, forraje, leña, postes, materia orgánica,
medicina, cosméticos, aceites y resinas. Dichos sistemas están pensados en orientar
ecológicamente las actividades productivas en condiciones de alta fragilidad, con recursos
naturales degradados y alterando al mínimo la estabilidad ecológica. Dichos sistemas
agroforestales pueden configurarse, simultánea o diferencialmente, en sistemas
agrosilvopastoriles o silvopastoriles, enfocando su desempeño económico en elementos como la
producción agrícola, la producción animal y/o la producción forestal (Torres, Tenorio, & Gómez,
2008).
Ahora bien, considerando las características presentadas de los sistemas agrícolas
convencionales y de los sistemas agroforestales, se genera un nuevo concepto de agricultura
sustentable como respuesta al manejo ambiental insuficiente de los recursos naturales, donde
prima el desarrollo sostenible que configure los aspectos ambientales, sociales y económicos de
manera equitativa sobre un modelo enfocado exclusivamente a un fin económico, en sí mismo.
Así pues, en la búsqueda de asentar un concepto racional con mayor peso ecológico en la
producción agrícola tradicional y crear un entendimiento más profundo de la naturaleza de los
agroecosistemas, emerge la agroecología como una disciplina que provee los principios básicos
de estudio, diseño y manejo de agroecosistemas productivos y, a su vez, conservadores de los
recursos naturales, culturalmente sensibles y social y económicamente viables. Su gran
diferencia con los sistemas agroforestales radica en el entendimiento de los niveles ecológicos y
sociales de coevolución, estructura y función, enfatizando en las interrelaciones entre sus
componentes y la dinámica compleja de los procesos ecológicos (Vandermeer, 1995).
40
En general, la agroecología configura su desarrollo bajo los múltiples objetivos de la agricultura
sustentable, como la seguridad alimentaria, la erradicación de la pobreza y la conservación y
protección del ambiente y los recursos naturales (ver gráfica 17). Entre otros objetivos, que
complementan la definición general, es posible encontrar:
• Producción estable y eficiente de recursos productivos.
• Seguridad y autosuficiencia alimentaria.
• Uso de prácticas agroecológicas o tradicionales de manejo.
• Preservación de la cultura local y de la pequeña propiedad.
• Asistencia de los más pobres a través de un proceso de autogestión.
• Un alto nivel de participación de la comunidad en decidir la dirección de su propio desarrollo
agrícola.
• Conservación y regeneración de los recursos naturales
Gráfica 17. Rol de la agroecología
Fuente: (Altieri, Agroecologia: principios y estrategias para disenar una agricultura que conserva recursos naturales
y asegura la soberania alimentaria, 2000)
5.1. Principios de agroecología
La agroecología es el estudio holístico de los agroecosistemas, incluidos todos los elementos
ambientales y humanos, donde los agroecosistemas se entienden como comunidades de plantas
y animales interactuando con su ambiente físico y químico que ha sido modificado para producir
alimentos, fibra, combustible y otros productos para el consumo y procesamiento humano. La
agroecología centra su atención sobre la forma, la dinámica y función de sus interrelaciones y
los procesos en el cual están envueltas, con el fin de mejorar la producción de dichos
agroecosistemas de forma más sustentable, con menores impactos negativos ambientales y
41
sociales y un menor uso de insumos externos. Para el diseño de un sistema agroecológico, se
destaca la aplicación de los siguientes principios ecológicos (Reinjtes, Haverkort , & Waters-
Bayer, 1992):
✓ Aumentar el reciclado de biomasa y optimizar la disponibilidad y el flujo balanceado de
nutrientes.
✓ Asegurar condiciones del suelo favorables para el crecimiento de las plantas, particularmente
a través del manejo de la materia orgánica y aumentando la actividad biótica del suelo.
✓ Minimizar las pérdidas debidas a flujos de radiación solar, aire y agua mediante el manejo del
microclima, cosecha de agua y el manejo de suelo a través del aumento en la cobertura.
✓ Diversificar específica y genéticamente el agroecosistema en el tiempo y el espacio.
✓ Aumentar las interacciones biológicas y los sinergismos entre los componentes de la
biodiversidad promoviendo procesos y servicios ecológicos claves.
El objetivo último del diseño agroecológico es integrar los componentes de manera tal de
aumentar la eficiencia biológica general, y mantener la capacidad productiva y autosuficiente del
agroecosistema. Para tal, es importante tener en cuenta actividades y procesos claves, sobre los
cuales se debe realizar una optimización adecuado, como pueden ser:
• Fortalecer la inmunidad del sistema (funcionamiento apropiado del sistema natural de control
de plagas).
• Disminuir la toxicidad a través de la eliminación de agroquímicos.
• Optimizar la función metabólica (descomposición de la materia orgánica y ciclo de nutrientes).
• Balance de los sistemas regulatorios (ciclos de nutrientes, balance de agua, flujo y energía,
regulación de poblaciones, etc.).
• Aumentar la conservación y regeneración de los recursos de suelo y agua, y la biodiversidad.
• Aumentar y sostener la productividad en el largo plazo (Altieri, Agroecologia: principios y
estrategias para disenar una agricultura que conserva recursos naturales y asegura la
soberania alimentaria, 2000).
5.2. Estrategias ambientales y lineamientos del sistema agroecológico
El sistema agroecológico a implementar mediante el proyecto liderado por la Fundación Planeta
Vivo, no solo debe incluir una estructura agrícola principal basada en actividades económicas
tradicionales como la producción de alimento, el aprovechamiento forestal y la ganadería a baja
escala, sino que también debe preocuparse, fundamentalmente, por los aspectos e impactos
acaecidos por las actividades y procesos propios del sistema en general, para lo cual es
importante plantear lineamientos para la configuración del sistema agroecológico bajo
parámetros de un excelente desempeño ambiental, y que trascienda su conjunto socio-
económico hacia un desarrollo lo más sustentable posible.
42
5.2.1. Agroecología y biodiversidad
La agroecología provee las bases ecológicas para la conservación de la biodiversidad en la
agricultura, además del rol que ella puede jugar en el restablecimiento del balance ecológico de
los agroecosistemas, con el fin de alcanzar una producción sustentable. La biodiversidad
promueve una variedad de procesos de renovación y servicios ecológicos en los
agroecosistemas; cuando estos se pierden, los costos pueden ser significativos. La agroecología
enfatiza un enfoque ecológico que consiste en ensamblar los componentes del agroecosistema,
tales como cultivos, animales, árboles, suelos, entre otros, de manera que las interacciones
temporales y espaciales entre estos componentes se traduzcan en rendimientos derivados de
fuentes internas, reciclaje de nutrientes y materia orgánica, y de relaciones tróficas entre plantas,
insectos, patógenos, etc., que resalten sinergias tales como los mecanismos de control biológico.
Las interacciones que suelen encontrarse en este caso, como se muestra en la tabla 5, pueden
definirse como:
Tabla 5. Integración y sinergias en agroecosistemas
Niveles de integración y diversificación en agroecosistemas
Mezcla de cultivos anuales (policultivos y rotaciones)
Incorporación de árboles frutales o forestales (sistemas agroforestales)
Incorporación de animales (ganado mixto, mezclas cultivo-ganado, etc.)
Integración de piscicultura (estanques de peces, etc.)
Incorporación de vegetación de apoyo (abono verde, plantas medicinales, etc.)
Incorporación de diversidad genética (multilíneas, mezclas de variedades o razas, etc.)
Complementariedades en agroecosistemas
Exploración por raíces de diferentes profundidades en el perfil del suelo
Utilización diferencial de nutrientes y humedad
Utilización diferencial de intensidades de luz y humedad del aire
Adaptabilidad diferencial a heterogeneidad edáfica y microclimática
Susceptibilidad o tolerancia diferencial a plagas, enfermedades y malezas
Sinergias en agroecosistemas
Creación de microclimas favorables o desfavorables
Producción de sustancias químicas para estimular componentes deseados y suprimir componentes indeseables (sustancias aleloquímicas, repelentes, etc.)
Producción y movilización de nutrientes (micorrizas, fijación de nitrógeno, etc.)
Producción de biomasa para alimento, abono verde
Raíces profundas que recuperan y reciclan nutrientes
Provisión de cobertura de suelo para conservación de suelo y agua
Promoción de insectos benéficos y antagonistas mediante adición de diversidad y materia orgánica
43
Promoción de biología del suelo por adición de materia orgánica y excreciones radiculares
Fuente: Teoría y práctica para una agricultura sustentable (Altieri, Agroecologia: principios y estrategias para disenar
una agricultura que conserva recursos naturales y asegura la soberania alimentaria, 2000)
Una de las razones más importantes para mantener la biodiversidad natural es que ésta provee
la base genética de todas las plantas agrícolas y los animales. La totalidad de nuestros cultivos
domésticos se deriva de especies silvestres que han sido modificadas a través de la
domesticación, parte de los centros mundiales de biodiversidad contienen poblaciones de
variedades madre variables y adaptables, además de parientes silvestres y malezas relacionadas
con plantas cultivadas. Además de producir valiosas plantas y animales la biodiversidad presta
muchos servicios ecológicos (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000). En la gráfica 18 se
presentan los principales componentes y funciones que la biodiversidad puede aportar a los
agroecosistemas.
Gráfica 18. Biodiversidad en agroecosistemas
Fuente: Curso de educación a distancia (Altieri, 1994)
5.2.2. Estrategias para la sostenibilidad ambiental
El sistema agroecológico es una alternativa que busca hacer frente a la crisis actual, en cuanto
a pérdida, degradación y contaminación de los recursos naturales, la baja calidad de los
productos agropecuarios a causa, en su mayoría, al uso irracional de fertilizantes químicos, con
alto contenido de toxicidad, y a la implementación de tecnologías foráneas, sin su debida
adaptación, que no tienen en cuenta las características propias del sistema ambiental local, con
la variabilidad de condiciones climáticas a lo largo del territorio nacional. Adicionalmente, al
generar un modelo productivo agropecuario, no se tienen en cuenta en gran medida elementos
de sostenibilidad que aboguen por conservar, preservar y manejar adecuadamente las
condiciones del territorio en donde se ubica el proyecto.
44
Los criterios base de un agroecosistema sostenible son: La conservación de los recursos
naturales renovables, la adaptación de los cultivos al medio ambiente y el mantenimiento de un
elevado pero sostenible nivel de productividad. Para garantizarla sostenibilidad ecológica a largo
plazo sobre la productividad en el corto plazo, el agroecosistema debe:
• Reducir el uso de energía y de recursos.
• Estimular la producción local de artículos alimenticios adaptados al escenario natural y
socioeconómico.
• Utilizar métodos de producción que restablezcan procesos homeostáticos que permitan
estabilidad en la comunidad y que optimicen el intercambio y reciclaje de materia y nutrientes.
• Reducir costos e incrementar la eficiencia y viabilidad económica de las parcelas,
estableciendo un agroecosistema diverso y potencialmente más flexible (Restrepo M., Ángel
S., & Prager M., 2000).
La sostenibilidad en dichos agroecosistemas podrá ser alcanzada mediante la comprensión de
los cuatro siguientes subsistemas:
Tabla 6. Subsistemas de la agricultura
Subsistema biológico
Plantas y animales, así como los efectos biológicos de los factores ambientales (clima, suelo) y de las actividades de manejo (labranza, fertilización, riego) sobre el desempeño de plantas y animales
Trabajo Las labores físicas de la agricultura y cómo pueden ser logradas combinando mano de obra, habilidad, maquinaria y energía
Economía de la granja Los costos de producción y los precios de los cultivos, las cantidades producidas, los riesgos y todos los demás aspectos que tengan que ver con el ingreso de la parcela
Socioeconómico
Tiene que ver con los mercados para la producción, derechos de uso de la tierra, mano de obra, maquinaria, combustible, inversiones, créditos, impuestos, asistencia técnica, etc.
Fuente: Agroecología (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000)
5.2.2.1. Manejo y conservación de suelos y aguas
Debe integrarse el manejo de tierras y aguas con miras a conservar ambos recursos, mejorar así
las condiciones para el crecimiento de los cultivos y minimizar los impactos ambientales. El
objetivo primordial del manejo de tierras debe ser una producción mejorada pero sostenible, a
través de un laboreo adecuado a la tierra. Es necesario conservar los suelos y las aguas, así
como mejorar las condiciones para el crecimiento de las raíces y los cultivos. Los principios de
un manejo agroecológico adecuado son:
45
Uso del suelo: Determinar la capacidad de uso del suelo (estratos, clases, categorías) con el fin
de definir la utilidad del terreno donde se ubicará el sistema, el cual puede contemplar desde
zonas de bosques vírgenes, pasando por tierras de frontera agrícola, pastoriles y sus
combinaciones, hasta aquellas inutilizadas a causa de su uso inadecuado.
Preparación del suelo: El manejo del suelo tiene por principio preparar adecuadamente el lecho
para la semilla y mantener el cultivo libre de plantas que puedan competir por luz, agua y
nutrientes. Para el mantenimiento de la productividad del suelo en las zonas tropicales (como la
referida en el proyecto de que trata este documento) es imprescindible que su bioestructura
grumosa sea conservada en la superficie, evitando que sea enterrada al revolver el suelo. Para
ello es necesario:
a. Realizar plantación directa, en suelos grumosos.
b. Minimizar al máximo el arado, en suelos compactados.
c. Siembra de leguminosas de crecimiento rápido o mezcla de forrajeras para mantener el
suelo abierto, complementado con un suministro periódico de materia orgánica.
d. En suelos sueltos con cenizas volcánicas, solamente limpiar y roturar la cama donde se
depositará la semilla, y cubrir con cultivo anterior.
e. Aplicar fertilización fosfocálcica o de otros elementos que el suelo requiera.
f. Protección de la superficie del suelo contra la insolación directa y el impacto de las lluvias
por medio de los siguientes elementos:
o Establecimiento de una cobertura muerta (mulch) proveniente de la paja picada del
cultivo anterior o de un cultivo protector.
o Empleo de cultivos asociados o cultivos protectores, especialmente cuando el cultivo
principal es perenne.
o Por la rotación dirigida y planeada de los cultivos establecidos.
Manejo de la fertilidad del suelo: Es imprescindible la importancia de nutrientes como el
Nitrógeno (N), el Fósforo (P) y el Potasio (K), entre otros, para el crecimiento y desarrollo de las
plantas, los cuales son aportados por el suelo en procesos autónomos de fertilidad. Sin embargo,
a causa de la alteración antrópica de los ecosistemas, es necesario recurrir a apoyos eternos
para el suministro de nutrientes a las plantas, tales como el abono orgánico el cual, según su
origen, se puede clasificar en:
• Residuos vegetales: Comprendido por hojas, raíces y otros componentes de las plantas
que, al descomponerse, liberan nutrientes según el tipo de planta proveniente. También
se emplean como filtrantes de la lluvia en el suelo, permitiendo una configuración
adecuada de aire y humedad con el fin de proliferar bacterias, hongos y otros
microorganismos de descomposición de estos residuos en materia orgánica o humus.
• Abonos verdes: Plantas y cultivos que se emplean para proteger el suelo de la erosión y
favorecer el aporte de nitrógeno al incrementar la actividad microbiana y solubilizar gran
cantidad de nutrientes del suelo. Las plantas empleadas como abono verde se
caracterizan por su rápido crecimiento, un follaje rico en savia y humedad y su habilidad
para adaptarse en suelos pobres e infértiles.
46
• Desechos animales: Empelo de heces fecales de actividades pecuarias (avícolas y
ganaderas, entre otras) las cuales, previo proceso de eliminación de bacterias patógenas
por medio de compostaje aeróbico y en cantidades moderadas, proveen nutrientes para
fertilización del suelo.
• Biofertilizantes: Se refiere a la aplicación de hongos y bacterias, las cuales pueden
producirse en laboratorios de bajo costo y después multiplicarse en bancos en el campo.
El Rhizobium es uno de los más conocidos y se suele aplicar a las leguminosas con el fin
de aumentar o capturar nitrógeno del aire. Las micorrizas son hongos que favorecen la
captura del fósforo en la mayoría de las plantas.
Manejo y conservación del suelo: Existen factores, fuera de hechos relacionados con la
políticas socioeconómicas de apropiación y utilización, que influyen en el majeo adecuado de la
tierra y conllevan a la erosión acelerada del suelo, tales como la intensidad y cantidad de la
precipitación, la calidad del suelo y susceptibilidad a la erosión, la longitud y el grado de pendiente
del terreno, la clase y cantidad de cubierta vegetal, el sistema de cultivo establecido, el manejo
del suelo, en sí, y las prácticas de control de la erosión.
La erosión puede controlarse reduciendo las fuerzas mecánicas del agua o el viento y/o
aumentando la resistencia del suelo a la misma. La erosión causada por el agua puede
controlarse impidiendo el golpe de gota, por medio de una cobertura vegetal o una capa o
residuos vegetales, a través de los cuales el agua percola en el suelo; de igual forma impedir
cualquier escurrimiento que siga excediendo la tasa de infiltración. Esto puede hacerse con
barreras físicas tales como: curvas a nivel, curvas de retención, terrazas reforzadas, camellones,
barreras vivas de pastos o arbustos. Por otro lado, la erosión eólica puede reducirse plantando
árboles o arbustos como cortaviento, los cuales pueden servir como ingreso adicional para la
finca (leña, madera, forraje, alimento, etc.). En general, algunos de los métodos más comunes
para controlar la erosión del suelo son:
• Aumentar la cubierta vegetal.
• Usar residuos vegetales para proteger el suelo.
• Usar técnicas mejoradas de labranza, tales como la labranza conservacionista.
• Rotar los cultivos y sembrar especies de cobertura.
• Sembrar árboles con raíces profundas para estabilizar terrenos en declive.
• Establecimiento de terrazas.
• Construcción de canales de drenaje y desviación de corrientes de aguas a zonas
protegidas.
• Siembra de cultivos en contorno o en franjas
Manejo del recurso hídrico: Aquí se busca asegurar el mejor uso del agua disponible en el
sistema agroecológico y, mediante el sistema de riego, se discurre en la dinámica de manejo
adecuado del recurso hídrico tanto en sistemas de cultivo de conservan agua como en cultivos
tolerantes a la sequía. Es importante planear el uso del riego previo a un análisis de periodicidad
de precipitaciones y el potencial de infiltración del terreno, en relación con la evapotranspiración
potencial del sistema. El mejor método por usar depende de factores como:
47
• Abastecimiento de agua disponible.
• Calidad del agua.
• Pendiente o declive del lugar.
• Tasas de infiltración y percolación del suelo.
• Capacidad de retención de agua del suelo.
• Características químicas del suelo (salinidad, alcalinidad).
• Requerimientos del agua del cultivo.
• Condiciones climáticas del área o región.
• Recursos económicos de los agricultores.
• Técnicas para trasladar agua al campo.
Adicionalmente, se recomienda para mejorar la eficiencia en el riego utilizado en las plantaciones,
las siguientes medidas:
• Control de pérdidas por escurrimiento superficial a través de labranza en contorno,
terrazas, uso de residuos vegetales y la diseminación del agua superficial a sitios donde
el agua se infiltra y almacena en el suelo.
• Control de pérdidas por evaporación a través de coberturas vegetales.
• Reducción de la percolación profunda a través del uso de barreras horizontales.
• Empleo de riego de conservación como el riego por goteo.
• Captación de aguas para recoger el exceso de aguas durante la estación de lluvias.
• Empleo de cultivos tolerantes a la sequía, donde el agua es escasa.
• Establecimiento de barbechos de verano para áreas de cultivo que se encuentran en
tierras secas.
• Empleo de labranza mínima. (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000)
5.2.2.2. Producción pecuaria
La integración de sistemas productivos como el ganadero, avícola y pecuario en general con
cultivos, fruticultura y producción forestal, busca mejorar la utilización del recurso suelo y una
diversificación y aumento de la producción por unidad de superficie, lo que redunda en una
disminución en los costos de producción debido a la mejora en el reciclaje y transferencia de
nutrientes y energía. La inclusión del sistema animal dentro de un proyecto agropecuario se
puede analizar mediante la gráfica 19, donde se destaca un potencial productivo para praderas
y cultivos, generando un volumen de forraje con ciertas características desde el punto de vista
de la concentración calórica y proteica, el cual puede ser utilizado con distintas eficiencias por
rumiantes y monogástricos obteniéndose por una parte productos como fibra, leche, carne,
huevos, así como la posibilidad de utilizar tracción animal, entre otros. (Restrepo M., Ángel S., &
Prager M., 2000)
48
Gráfica 19. Componente animal en sistemas agropecuarios
Fuente: Agroecología. (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000)
5.2.2.3. Control de plagas
Las tecnologías para el control de plagas y enfermedades, conocidas como “Manejo Integrado
de Plagas (MIP)” son distintas al control químico, empleando al máximo enemigos naturales y
otras prácticas agronómicas y mecánicas asequibles al pequeño agricultor. Algunas de las
alternativas empleadas hoy en día para el control de plagas y enfermedades son:
• Rotación de cultivos: La rotación se utiliza como método para controlar insectos, malezas
y enfermedades de las plantas. Las rotaciones de los cultivos no hospederos, han probado
ser efectivos contra los patógenos que habitan en el suelo y algunas plagas como los
“trozadores” del maíz.
• Establecimiento de policultivos y variedades resistentes: Al mezclar plantas no
susceptibles a una plaga con plantas que suelen hospedarla en el mismo campo se puede
reducir considerablemente la expansión de la plaga y de los organismos patógenos en los
cultivos susceptibles
• Época de siembra: Los ciclos de reproducción de los insectos están a menudo sincronizados
con el crecimiento de las plantas. Si los cultivos pueden sembrarse unas semanas antes o
después de la época normal de siembra, se puede evitar la época de crecimiento del insecto
que causa mayor daño a determinados cultivos y la proliferación de enfermedades.
49
• Eliminación de plantas hospederas: Por medio de monitoreo es posible identificar la plaga
que está afectando al cultivo y si su hospedero alternativo es otro cultivo, como una maleza,
por ejemplo. En caso tal, lo mejor es no cultivar más dicha planta o reducir la población de
maleza en el sistema agroecológico.
• Control biológico: En general, es el uso o promoción de los enemigos naturales sobre los
insectos dañinos con el fin de reducirlos. Los insectos (plaga) pueden controlarse si se facilita
el trabajo de los insectos benéficos presentes en el campo
• Control de malezas o arvenses: Este ítem, para sistemas agroecológicos, tiene que estar
orientado a un enfoque integral, buscando mantener su crecimiento en niveles ecológicos,
agronómicos y económicamente aceptables. Cuando se determinan los principios que rigen
las relaciones de germinación, crecimiento y competencia, se pueden sugerir manejos que
afecten a las comunidades de malezas de varios agroecosistemas, como se indica en la tabla
7. (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000)
Tabla 7. Métodos para el manejo de malezas sin uso de agroquímicos
Principio Ecológico Práctica para controlar malezas
• Le permite al cultivo el aprovechamiento del espacio.
• Reduce el crecimiento de malezas y el uso del espacio.
• Maximización del crecimiento y la adaptación del cultivo.
• Minimizar la competencia intra-específica del cultivo y maximizar el aprovechamiento del espacio.
• Maximizar los efectos competitivos del cultivo sobre las malezas.
• Modificación del medio ambiente para hacer que las malezas estén adaptadas.
• Maximiza la utilización de los recursos por parte del cultivo.
• Siembra temprana.
• Empleo de trasplante.
• Elección de la fecha de siembra.
• Cultivo con buen crecimiento y desarrollo.
• Empleo de mulch o cobertura
• Elección de las variedades precoces.
• Siembra temprana.
• Elección de la tasa de siembra.
• Elección del espaciamiento entre hileras.
• Siembra de cultivos de cobertura.
• Rotación de cultivos.
• Rotación de métodos de control.
• Siembra de cultivos intercalados
Fuente: (Restrepo M., Ángel S., & Prager M., 2000)
6. BIOCONSTRUCCIONES
Con el fin de otorgarle consistencia y validez al proyecto agroecológico planteado, es importante
definir ciertas características especiales con las que se debe contemplar la inclusión de la
infraestructura contenida en el mismo. Existen criterios ambientales para el diseño y construcción
de viviendas, caminos y vías, infraestructura dotacional y, en general, cualquier elemento que
involucre uso y transformación de recursos naturales, con fines más estructurales y operativos
que productivos, y es allí donde se incrementa la importancia del empleo y aplicación efectiva
del término sostenibilidad, en este caso, el ámbito arquitectónico. Pero no solo se recalca la
imperatividad de la construcción sostenibles, sino también se debe hacer énfasis en la
50
concepción de prácticas ecológicas que conlleven a un aprovechamiento óptimo de los recursos
disponibles (aire, agua, luz solar, etc.) bajo un modelo bioclimático acorde a la región en donde
se desarrolle el proyecto, los productos disponibles y los fines de la infraestructura a construir.
No es posible limitar un estudio de prefactibilidad y factibilidad de un proyecto arquitectónico al
empleo de insumos de origen 100% natural y de generación orgánica si, por ejemplo, éstos no
generan la estabilidad requerida para su fin. Es así como un puente vehicular que soportará
automotores de carga pesada no puede construirse completamente en guadua, obedeciendo al
carácter ambiental y ecológico del proyecto en general, puesto que evidentemente no cumpliría
con los parámetros de ingeniería civil y seguridad necesarios. Por ende, al hacer referencia al
término bioconstrucción se está contemplando toda un área de estudio compleja encargada de
configurar de la mejor manera la interdisciplinariedad innata de la ingeniería ambiental en campos
como la ecología, la ingeniería civil, la arquitectura, el diseño industrial y la eficiencia energética.
A continuación, se describen los principios fundamentales de las tendencias arquitectónicas
enfocadas en la ecología, el aprovechamiento bioclimático y la concepción del desarrollo
sostenible.
6.1. Arquitectura ecológica
La arquitectura ecológica se preocupa por la cuidadosa inserción de las construcciones en el
entorno natural, buscando que su emplazamiento genere el menor impacto nocivo posible
permitiendo la coexistencia armónica entre el lugar, el edificio y el hombre que lo habita. Las
primeras propuestas alternativas ecológicas fueron planteadas por algunos idealistas, tras la
primera crisis petrolera en los años sesenta, fueron aplicadas principalmente en programas
residenciales y pequeños equipamientos educativos y culturales.
Actualmente se define como: “(…) aquella que programa, proyecta, realiza, utiliza, recicla y
construye edificios sostenibles para el hombre y el medio ambiente. Los edificios se emplazan
localmente y buscan la optimización en el uso de materiales y energía, lo que tiene grandes
ventajas medio ambientales y económicas. Esta arquitectura tiene 10 principios básicos:
1) Valorar el sitio y las necesidades constructivas.
2) Proyectar la obra de acuerdo con el clima local.
3) Ahorrar energía.
4) Pensar en fuentes de energía renovables.
5) Ahorrar agua.
6) Construir edificios de mayor calidad.
7) Evitar riesgos para la salud.
8) Utilizar materiales obtenidos de materias primas generadas localmente.
9) Utilizar materiales reciclables.
51
10) Gestionar ecológicamente los desechos.”7
6.2. Arquitectura bioclimática
El concepto de arquitectura bioclimática plantea generar espacios con óptimas condiciones de
confort y bienestar, incorporando determinantes de diseño que permitan la interrelación de
variables climáticas para lograrlo. Se define como “(…) aquella arquitectura que diseña para
aprovechar el clima y las condiciones del entorno con el fin de conseguir una situación de confort
térmico en su interior. Juega exclusivamente con el diseño y los elementos arquitectónicos, sin
necesidad de utilizar sistemas mecánicos complejos, aunque ello no implica que no se pueda
compatibilizar”.
Los sistemas de aprovechamiento de las energías renovables en la arquitectura bioclimática se
basan en tres principios: la captación de la energía (calor o frío), su acumulación y su correcto
aprovechamiento gracias a una adecuada distribución. “Se sugieren las siguientes técnicas para
ganar calor o evitar su pérdida:
1) Control del viento
2) Concepción térmica de la envoltura.
3) Utilización de ventanas y muros acumuladores.
4) Utilización de los espacios interiores-exteriores (calefacción).
5) Utilización del suelo (aislamiento).
Y para favorecer las pérdidas de calor o evitar su ganancia:
1) Control del sol.
2) Utilización de la ventilación natural.
3) Utilización de la vegetación y del agua.
4) Utilización de los espacios interiores-exteriores (ventilación).
5) Utilización del suelo (aislamiento).8
6.3. Arquitectura sostenible
A diferencia de las anteriores tendencias enunciadas, la arquitectura sostenible introduce una
nueva variable en su alcance, la cual está en función del tiempo de vida de la construcción; se
define como “aquella que tiene en cuenta el impacto que va a tener el edificio durante todo su
ciclo de vida, desde su construcción, pasando por su uso y su derribo final.”9 Se enfoca en el
impacto ambiental de todos los procesos implicados en una vivienda, desde la extracción de
7 Extraído del artículo Lifegate. Beatrice Bongiovanni 2007. Disponible en: http://www.ecosofia.org/2007/03/la_arquitectura_ecologica_10_principios.html 8 Extraído de Criterios ambientales para el diseño y construcción de vivienda urbana (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2012) 9 Ibídem
52
materiales, fabricación de elementos e insumos y componentes y su transporte, las técnicas de
construcción que supongan un mínimo deterioro ambiental, la ubicación de la infraestructura y
su impacto con el entorno, el consumo de energía en el funcionamiento -es decir en el uso- y su
impacto, llegando inclusive al reciclado de los materiales cuando la estructura ha cumplido su
función y es derribada. Los principios generales, en los cuales se basa la arquitectura sostenible
son:
1) Ubicación adecuada, la cual dependerá de la evaluación de aspectos tales como:
estabilidad del terreno, topografía y, existencia de infraestructura de redes de servicios.
2) Integración en su entorno más próximo, que consiste en considerar todos sus
componentes: agua, tierra, flora, fauna, paisaje y aspectos socioculturales.
3) Aplicación de variables bioclimáticas, teniendo en cuenta el recorrido del sol (trayectoria
e intensidad), el viento, la latitud, la pluviosidad, la humedad y la temperatura.
4) Uso de materiales de construcción, que involucre aspectos de disponibilidad, estética y
accesibilidad, respondiendo inicialmente a las condiciones de existencia y producción
local.
5) Utilización de materiales y tecnologías que tengan la menor cantidad de CO2 en el entero
ciclo de vida, considerando las diferentes etapas: extracción de materias primas,
trasporte, procesos productivos, uso, reutilización, reciclaje y disposición final.
6) Implementación de sistemas energéticos alternativos que disminuyan costos económicos
y que eviten la generación de impactos negativos al ecosistema.
7) Instalación de circuitos cerrados de aguas y residuos, para aumentar la eficiencia en el
uso de estos recursos y generar la menor cantidad de emisiones al entorno.
8) Fomentar los procesos de reciclaje y la reutilización de residuos de la construcción.
9) Optar por proveedores que tengan certificaciones ambientales en sus materiales, ya sea
nacionales o internacionales (por ejemplo: ISO 14001, IRAM, Forest Stewardship Council
–FSC-, etc.)
10) Evitar en todos los procesos constructivos la generación masiva de residuos, sean estos:
sólidos, líquidos o gaseosos; con la obligación añadida de gestionar adecuadamente los
residuos generados.
11) Tener en cuenta uso de suelos con vocación para la construcción de infraestructura. Se
debe adaptar el diseño a las características geomorfológicas, con el fin de disminuir
riesgos y amenazas naturales, estableciendo equilibrios entre áreas construidas y libres.
6.4. Materiales de construcción
Colombia, gracias a sus bondades de ser un país megadiverso dispone de todas las materias
primas necesarias para el desarrollo ambientalmente sostenible de proyectos de vivienda, con
materiales de calidad que respondan a los requerimientos técnicos, ambientales y climáticos,
logrando condiciones de confort, sin el uso de aparatos de climatización de alto consumo
energético. Sin embargo, la industria de la construcción presenta condiciones similares a las del
nivel global, con un alto grado de dependencia de otras industrias como la industria cementera,
la industria cerámica, la industria metalúrgica y la maderera. Todas ellas con sus inconvenientes
53
ambientales en materia de deterioro físico del lugar de extracción, contaminación del aire, del
suelo y del agua, consumo energético e hídrico y emisiones de GEI, de alto impacto ambiental
en sus procesos de producción.
Los criterios para la selección de los materiales deben incluir aspectos como: la estética, el
rendimiento y la disponibilidad a nivel local, sumados a las condiciones de sostenibilidad
ambiental que presentan en cuanto a los impactos ambientales locales y globales generados en
su producción y la energía incorporada, relacionados con la explotación minera y de recursos
naturales, con la consecuente pérdida de suelo y subsuelo, de cobertura vegetal, de diversidad
biológica, de áreas de captación de agua y escorrentías, entre otras. Para que, en los
planteamientos de manejo del impacto ambiental de la producción de vivienda, sea eficiente en
el uso de materiales, los criterios de selección deben ser definidos desde la etapa de planeación
y diseño, teniendo presente los impactos ambientales generados en su producción y transporte,
así como sus características y comportamientos de resistencia, durabilidad, requerimientos de
mantenimiento, inercia o conductividad térmica, acústica y óptica. (Instituto Colombiano de
Normas Técnicas ICONTEC NTC-ISO 14040, 2006). En general, los objetivos básicos de
sostenibilidad arquitectónica que enmarcan la definición de los criterios a aplicar son:
a) Racionalizar el uso de materiales: Determinar las características y condiciones de uso
apropiado de los diversos materiales y su aplicación en procesos de construcción
sostenible.
b) Sustituir materiales y procesos de alto impacto: Reemplazar progresivamente los
materiales que en los procesos constructivos presentan mayores impactos ambientales,
consumos energéticos, emisiones contaminantes o componentes nocivos, por productos
con menor impacto ambiental
c) Manejar el impacto ambiental: Reducir los desperdicios y sobrantes producidos por falta
de planeación o control en la ejecución de las obras, reutilizar o promover el reciclaje de
sobrantes y disponer adecuadamente los subproductos y residuos (Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2012)
6.5. Etapas del proceso de bioconstrucción
Existe un postulado de fases imprescindibles para el desarrollo de un proyecto constructivo bajo
cualquier vertiente arquitectónica mencionada anteriormente, la cuales son planificación, diseño
y adecuadas prácticas en la ejecución de una construcción. El desarrollo de estas fases permite
estructurar de manera ordenada los procesos de producción de cualquier construcción; las
actuaciones sobre cada una de ellas definen en gran medida la minimización del riesgo, y en el
tema ambiental propician el adecuado manejo sobre el impacto generado en el medio. En la
primera fase de planificación se contemplan los estudios y consideraciones previas a la
localización y adquisición del predio, tales como los análisis normativos, ambientales, sociales y
económicos y los estudios topográficos y geotécnicos. En la segunda, de diseño, se establecen
las características arquitectónicas, estructurales, técnicas y de redes de servicios, con las
consideraciones obtenidas en la fase anterior. Y, como último paso, en la fase de ejecución se
54
desarrolla la construcción de la obra. En la tabla 8 se identifican las principales consideraciones
para tener en cuenta para el logro de la sostenibilidad ambiental, en cada una de las fases
mencionadas.
Tabla 8. Fases y componentes ambientales del proceso productivo
FASES CONSIDERACIONES GENERALES DE SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL
Planeación
Localización que atienda a condiciones ambientales, físicas y sociales
Determinación del estado normativo del predio.
Tramitación de licencias y permisos.
Identificación de impactos del proyecto.
Diseño
Valoración del componente natural del entorno.
Aplicación de variables bioclimáticas
Uso de materiales adecuados.
Implementación de sistemas energéticos alternativos y eficiente uso del agua.
Construcción
Fomento de procesos de reciclaje y la reutilización de residuos de la construcción.
Disminución de residuos en los procesos constructivos.
Desarrollo de medidas de manejo del impacto ambiental y plan de acción social.
Fuente: Criterios ambientales para el diseño y construcción de vivienda urbana. (Ministerio de Ambiente y Desarrollo
Sostenible, 2012)
7. TECNOLOGÍAS APROPIADAS
Dentro de las actividades que se destacan al realizar aprovechamiento responsable y sostenible
de los recursos naturales se encuentra la implementación de tecnologías apropiadas, cuyo
objetivo se centra en minimizar emisiones y/o descargas en la fuente, reduciendo riesgos para la
salud humana y ambiental y elevando simultáneamente la competitividad del proyecto productivo.
Generalmente, se busca que este tipo de tecnologías aplicadas a un sistema productivo generen
un beneficio no solo al ambiente natural en términos ecológicos, sino que también afecten de
manera positiva los aspectos socioeconómicos, mediante acciones como:
• La minimización y el consumo eficiente de insumos, agua y energía.
• La minimización del uso de insumos tóxicos.
• La minimización del volumen y toxicidad de todas las emisiones que genere el proceso
productivo.
• El reciclaje de la máxima proporción de residuos en la planta o proceso productivo y, si
no, fuera de ella o él.
• La reducción del impacto ambiental de los productos en su ciclo de vida, desde la planta
hasta su disposición final. (Arroyave Rojas & Garcés Giraldo, 2006)
55
Para el caso del sistema agroecológico planteado en este documento, y teniendo en cuenta el
carácter productivo en los ámbitos agrícola, pecuario y forestal, se identificaron cinco (5) tipos de
tecnologías aplicables, con base en el objetivo principal de generación de energía mediante el
aprovechamiento de recursos renovables, así como la reutilización de los residuos generados
por actividades propias del proceso productivo. Adicionalmente, basándose en un estudio de
factibilidad realizado directamente por la Fundación Planeta Vivo Btá., se determinaron como las
más adecuadas, en relación costo/beneficio, las siguientes tecnologías apropiadas:
7.1. Biodigestor
Los biodigestores conocidos también como plantas (productoras o de producción) de biogás, son
recintos o tanques cerrados donde la materia orgánica y el agua residual permanecen un periodo
de tiempo para lograr su descomposición produciendo biogás y abono orgánico o bioabono
(Olaya Arboleda & González, 2009). Estos se clasifican en tres tipos sencillos principales: Planta
con cúpula o campana flotante, planta con cúpula o campana fija, y planta balón o biodigestor
tubular. Presentan diferencias considerables en términos de diseño y dimensionamiento, sin
embargo, su funcionamiento y procesos intrínsecos se mantienen igual en cada uno de los
modelos. Sus principales características son:
• Planta con cúpula o campana flotante: Se compone de un digestor construido en
mampostería o estructura de concreto y un depósito de gas móvil en forma de campana, la
cual puede flotar directamente en la masa de fermentación o en un anillo de agua,
dependiendo de la producción de biogás. La campana debe tener una guía que permita el
movimiento vertical, cuya altura dependerá del volumen de gas almacenado. Contiene un
depósito de gas interior. Se recomienda cuando se necesita de un abastecimiento continuo
de biogás y fertilizante.
• Planta con cúpula o campana fija: se compone de un digestor construido en mampostería
y un domo fijo e inmóvil cerrado donde se almacena el biogás. Durante la producción de
biogás, la masa de fermentación es desplazada hacia el tanque de compensación y cuando
se extrae el gas, la masa líquida vuelve hacia el biodigestor. Requiere liberación interna
continua de presión del gas, por lo que se recomienda utilizar en instalaciones donde el
consumo sea continuo o para almacenar el biogás en un depósito aparte. Tiene una vida útil
promedio de 20 años y sus materiales de construcción pueden ser de menor costo,
comparado con la campana flotante.
• Planta balón o biodigestor tubular: Se componen de un tubular en material plástico
(polietileno, PVC, plastilona, etc.) completamente sellado, la entrada y la salida están sujetas
directamente a las paredes de la planta. Su volumen de contenido se constituye un 75% de
la masa de fermentación y un 25% para almacenamiento del biogás. Este tipo de planta se
recomienda para aquellos sitios donde predominan las temperaturas altas y constantes. Es
la de menor costo de los 3 tipos de plantas, sin embargo, maneja una presión baja de gas y
una vida útil corta entre 3 y 8 años. (Olaya Arboleda & González, 2009)
56
Teniendo en cuenta las características que presentan cada uno de los modelos de biodigestor
descritos, para el proyecto agroecológico de que trata este documento, se propone configurar un
modelo que combine las características principales de los biodigestores de campana fija y
tubular, con el fin de reducir costos y obtener mejores rendimientos, sin excederse en
características de funcionamiento que superen la necesidad del proyecto productivo. En la gráfica
20 se describe el modelo de biodigestor propuesto, el cual maneja a un almacenamiento de 10m3,
obedeciendo a los usos domésticos y de generación de energía por medio de otras tecnologías
limpias complementarias.
Gráfica 20. Biodigestor adaptado de 10m3
Fuente: Elaboración propia.
7.2. Gasificador
La gasificación del carbón y de combustibles que contienen carbono y el uso del gas como
combustible para motores de combustión interna, es un tipo de tecnología que se ha utilizado
durante muchos años, pero que ha tomado popularidad en años recientes, especialmente debido
a que se convierte en un medio para utilizar combustibles de biomasa, en vez de combustibles
de origen fósil. El motor de combustión interna emplea como combustible el gas generado por la
gasificación de material vegetal con aire; gas que se limpia y refrigera antes de entrar en el motor
(FAO, 1993). Existen gran cantidad de tipos de gasificadores, aunque pueden ser englobados en
varias categorías como:
• Gasificador de corriente ascendente o tiro directo: El más antiguo y sencillo de todos los
gasificadores. En éste, la toma de aire se encuentra en el fondo y los gases salen por arriba.
Al fondo se ubica la parrilla donde tienen lugar las reacciones de combustión, seguidas de
reacciones de reducción en la parte media. En la parte alta se realiza el calentamiento y la
pirólisis de carga y por la corriente del gas, los alquitranes y productos volátiles producidos
durante este proceso son transportados y se remueven las cenizas. Sus principales ventajas
son su simplicidad y la posibilidad de funcionar con muchos tipos de carga (serrín, cascaras
de cereales, etc.).
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• Gasificadores de corriente descendente o tiro invertido: Arrojan una solución práctica al
arrastre de alquitrán con la corriente de gas, debido que el aire de primera gasificación se
introduce en la zona de oxidación del gasificador o por encima de ésta. El gas pobre sale por
el fondo del aparato de modo que el combustible y el gas se mueven en la misma dirección.
La principal ventaja de los gasificadores de tipo invertido radica en la posibilidad de producir
un gas sin alquitrán apropiado para aplicarlo a motores, además de generar menor contenido
de componentes orgánicos en el líquido condensado. Pese a esto, este tipo de gasificadores
es menos eficiente que el anterior y casi que funcionan exclusivamente con combustibles
elaborados, lo cual no sería conveniente si se piensa utilizar biomasa como suministro.
• Gasificados de tiro transversal: Son una adaptación para el empleo de carbón vegetal,
cuya composición se convierte en aislante de las altas temperaturas de su combustión
respecto a los materiales de construcción. Este tipo de gasificadores se puede utilizar a muy
pequeña escala, resultando económicamente viables para instalaciones inferiores a 10 kW
(potencia en el eje), debido a la sencillez del conjunto de depuración del gas (sólo un
quemador de ciclón y un filtro caliente) que se puede emplear cuando se utiliza este tipo de
gasificador junto con motores pequeños.
• Gasificador de lecho fluidizado: En este tipo de gasificadores se sopla aire a través de un
lecho de partículas sólidas a velocidad suficiente para mantenerlas en estado de suspensión.
Se comienza por calentar externamente el lecho y el material de alimentación se introduce al
elevarse la temperatura al punto requerido. Las partículas del combustible se introducen por
el fondo del reactor, se mezclan rápidamente con el material del lecho y se calientan casi
instantáneamente alcanzando la temperatura del lecho. Como resultado, el combustible se
piroliza rápidamente, dando como resultado una mezcla de componentes, con una cantidad
relativamente elevada de materiales gaseosos. En la fase de gas, se produce una nueva
gasificación y reacciones de transformación de los alquitranes. La mayoría de los sistemas
van equipados con un ciclón interno, a fin de reducir al mínimo el escape de alquitrán por
soplado. Su gran ventaja es su flexibilidad en cuanto al material de alimentación, sin embargo,
no se recomienda el empleo de biomasa debido a que puede generar inestabilidad del lecho
y entrada de cenizas volantes en los conductos de gas. (FAO, 1993)
Considerando la importancia del combustible de alimentación al momento de determinar el tipo
de gasificador más acorde al proyecto del sistema agroecológico se debe resaltar que, en su
mayoría, los productos generados con fines de utilización como combustibles serán biomasa,
compuesta por residuos vegetales, madera y otros residuos orgánicos secos, se determina que
la opción más viables es incorporar un gasificador de tiro transversal, tal como lo indica la gráfica
21, cuya capacidad se sería confirmada luego de establecer los usos específicos de los gases
producidos y de la capacidad de generación de biomasa del sistema en general.
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Gráfica 21. Gasificador de tiro transversal
Fuente: Elaboración propia.
7.3. Aerogenerador
La cantidad de energía contenida o proporcionada por las masas de aire en movimiento en su
circulación por las capas bajas de la atmósfera, representa un nivel de potencial energético
relativamente elevado, especialmente en determinadas condiciones locales y temporales, de tal
modo que se justifica el esfuerzo por llevar a cabo su transformación en energía útil y su
aprovechamiento en condiciones favorables de eficiencia y rentabilidad, dado el grado de
desarrollo alcanzado por las tecnologías de conversión eólica (Mur Amanda, S.F.).
Entre dichas tecnologías, las más importantes son las turbinas eólicas o aerogenerador;
máquinas empleadas para transformar la fuerza del viento en electricidad. Existen diferentes
tipos, pero los más utilizados, y ciertamente más eficientes, son los tri-palas de eje horizontal.
Las góndolas se colocan sobre una torre debido a que la velocidad del viento aumenta con la
altura. Además, se procura situarlos lejos de obstáculos (árboles, edificios, etc.) que generen
turbulencias en el aire y en lugares donde el viento sopla con una intensidad parecida todo el
tiempo, para que su rendimiento sea el óptimo. Un aerogenerador consta de varios componentes,
cuyos más importantes son:
• Torre: Soporta el peso de la góndola, por lo que debe ser robusta y estar muy bien cimentada.
Las torres actuales suelen ser de acero, aunque también las hay de hormigón o híbridas, con
longitudes desde 2 metros hasta más de 100 metros.
• Palas: Son, también, cada vez más grandes y pueden llegar a medir hasta 50 metros de
diámetro, dependiendo del potencial de diseño. Normalmente, se fabrican con una mezcla
de fibra de vidrio y resina, y son tan aerodinámicas y firmes como las alas de los aviones.
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• Rotor: Es el conjunto formado por las palas y el eje al que van unidas, a través de una pieza
llamada buje. Las palas capturan la fuerza del viento y transmiten su potencia hacia el buje.
El buje está conectado, mediante otro eje, a la multiplicadora, que va dentro de la góndola.
• Góndola: Es la estructura que acoge la multiplicadora, el generador eléctrico y los sistemas
de control, orientación y freno. La multiplicadora aumenta unas 60 veces la velocidad del eje
del rotor. Así se consigue comunicar al alternador una velocidad de 1.500 revoluciones por
minuto y poner en marcha el generador eléctrico.
• Transformador: En los aerogeneradores modernos está situado en la base. La electricidad
producida en el generador pasa al transformador por unos cables, para ser enviada con el
voltaje adecuado a una subestación y de ahí a la red eléctrica.
Los aerogeneradores son producidos en diferentes tamaños y capacidades, los cuales obedecen
al valor de potencia estimado, que pueden ir desde modelos caseros de menos de 100 kW, que
resultan muy útiles para disponer de electricidad en lugares aislados, como casas en mitad del
campo o, en general, infraestructura con un consumo promedio de energía; hasta
aerogeneradores de grandísimas dimensiones -hasta más 100 metros de longitud- con potencias
medidas en MW. La energía eólica se emplea, fundamentalmente, para generar electricidad que
se entrega a la red, por eso lo habitual es instalar varios aerogeneradores juntos, que forman un
parque eólico. Así se aprovechan mejor los recursos de viento del lugar, se reducen los costos
de instalación, se construyen menos líneas eléctricas y se reducen los impactos ambientales
(Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, 2011).
Teniendo en cuenta los requerimientos de potencial energético del sistema agroecológico, se
recomienda emplear aerogeneradores de 100 kW potencia cuyas especificaciones generales
(ver tabla 9), basado en el modelo distribuido por la empresa danesa Vestas, una de las
principales a nivel mundial, y representado en la gráfica 22, son las siguientes: