Biodiesel-como-sustituto-del-gas-natural-o-diesel-en-calentadores-a-fuego-directo

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO 
FACULTAD DE QUIMICA 
 
 
 
 
 
 
TTííttuulloo ddee llaa TTeessiiss 
 
 
 
Biodiesel como sustituto del gas natural o diesel en calentadores a 
fuego directo 
 
 
 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
 
INGENIERA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
PRESENTA 
 
Araceli Díaz Fernández 
 
 
 
 
 
 
 
MÉXICO, D.F. AÑO 2006 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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Jurado asignado: 
 
Presidente Prof. EZEQUIEL MILLAN VELASCO 
Vocal Prof. EUBERTO HUGO FLORES PUEBLA 
Secretario Prof. DAVID GUTIÉRREZ CRUZ 
1er. Suplente Prof. ALFONSO DURÁN MORENO 
2º. Suplente Prof. ALFONSO RANGEL ESCALERA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sitio en donde se desarrolló el tema 
Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE) 
 
 
 
 
 
 
 
David Gutiérrez Cruz 
 
 __________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Araceli Díaz Fernández 
 
____________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
A mis padres Sofía Fernández Hernández y Jaime Díaz Ramírez por haber confiado en mi todo 
este tiempo, por su apoyo incondicional y confianza para que yo pudiese cursar la carrera sin obstáculos 
y que yo sea una persona responsable y sin prejucios, gracias mamá y papá. 
 
A todos mis queridos y apreciables hermanos Reyna, Ma. Lucia, Magdalena, Ma. de Lourdes, 
Juan Manuel que también estuvieron conmigo, por aguantarme y soportar mi mal genio, mil gracias por 
todo. 
 
Agradezco a la familia Rivera Medina, por todos los momentos que compartimos como a la 
Sra. Ma. de la Luz Medina Fonseca, q.p.d Sr. Luis Rivera Flores, Cristhian Ismael, José Guadalupe. 
 
A la niña Valeria Guadalupe Rivera Díaz. 
 
 A todos mis amigos de la facultad a nuestra adorada e inolvidable comarca a todos ustedes que 
compartimos grandes e inolvidables momentos durante cinco años Gracias amigos lindos, Ana María C. 
Muñoz, Anayely Monroy Monitiel, Beatriz H. Alarcón, Blanca, Claudia Isabel Ferrand Alcaraz, Gilda 
María Balderas Avila, Marvin Grisel V. Damián, Paola Enríquez Zamora, Sandra Venegas, Antonio M. 
Delgado, Antonio Mozo Sangrador, Axel Cervantes, Cristhian García, Damián Aguilar Ledesma, Daniel 
Garduño, Omar H. Piña, Raúl Urban R., y a los que llegaron después Israel Ambrosio (negro), Omar 
Zuñiga (falso), gracias amigos por toda su linda amistad y por todos los momentos buenos y malos que 
compartimos. 
 
Y a ti mi pequeña amiga Mayra Ávila Morales gracias amiga ya que durante la carrera fuiste un 
gran apoyo para mi y también eres una excelente persona, gracias por tu valiosa amistad, gracias por todo 
te quiero mucho. 
 
A mis compañeros de carrera que formaron parte de mi vida y ayudaron en muchas cosas. 
Hansel Rivera Hernández, Olmo Armas Alemán Omar Hernández Castillo, Pablo Téllez Arredondo, 
Zoraida García Lagunas. 
 
 
 
 
Y a todos mis compañeros con los que tome clase o que compartimos buenos momentos, Karina 
Rea Martínez, Fernando Chalini, Fernando Perez, Kika, Marisol Ortiz, Pilar Hernandez, Shanti María, 
Victoria Vences y todos los demas compañeros de la generación 2001. Y algunos de la 2002 Aser 
Montiel Cuapio. 
 
A mis amigas del football americano, Lilianota, Liliana Torchia, Maricruz 
 
A todos los profesores que me dieron clase,entre algunos: Ing.Herrera Najera Rafael, Ing. 
Fernando Barragan Arroche, Dr. Bazua Rueda, Dr Antonio Reyes Chumacero, Ing. Lupita Lemus, 
Ing.Unda Carbott, Ing. Jose Antonio Ortiz, Dr. Valiente Barderas, Ing. Mariano Perez Camacho, Ing. 
Trinidad Martínez Torres, durante cinco largos años. 
 
A mi asesor Ing. Dvid Gutierrez Cruz, quien me ayudo en todo momento para la realización de 
este trabajo y por todo su apoyo condicional. 
Al Ing. Ezequiel Millán, Ing. Hugo Flores Puebla, Ing. Alfonso Duran Duran, Ing. Alfonso 
Rangel Escalera, por darme en algún momento un tiempo para la revisión de este trabajo. 
 
En especial a una de las personas mas importantes, la cual me ayudó mucho en todos estos cinco 
años gracias al QFB. Pedro Jurado González. 
 
Y en general a toda la Institución a la Universidad Nacional Autónoma de México, por darme lo 
mas valioso que puede tener una persona Educación. 
 
 
I N D I C E 
 
INTRODUCCION 1 
 
OBJETIVO 4 
 
CAPITULO1. CALENTADORES 5 
 
CAPITULO 2. BIOENERGIA 7 
 
2.1 La bioenergìa y su contexto económico 7 
2.2 Breve contexto bioenergético 10 
2.3 Potencial a largo plazo. La transición hacia las fuentes renovables de 
Energia 12 
2.4 Ventajas de la bioenergia. 13 
2.5 Electricidad proveniente de la bioenergia 15 
2.6 Retos e impactos de la bioenergia 16 
 
 
CAPITULO 3. CONTEXTO INTERNACIONAL 19 
 
3.1 La bioenergia en México 19 
3.2 Oportunidades para México 20 
3.3 Problemática Actual de la bioenergia 21 
3.4 Elementos para una iniciativa nacional sobre bioenergia 26 
3.5 Estado actual de la bioenergia en México 29 
3.6 Escenarios 31 
3.7 Elementos para una estrategia nacional de fomento de la bioenergia en 
 México 33 
3.7.1 Investigación y desarrollo tecnológico 33 
3.7.2 Desarrollo de mercados 34 
3.7.3 Fortalecimiento institucional 34 
3.8 Estimaciones 35 
 
 
CAPITULO 4. ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS 39 
 
4.1 Biodiesel como ejemplo alternativo de un biocombustible 39 
4.2 Alternativas tecnológicas 46 
4.3 Desarrollo económico47 
4.4 Proceso de producción del biodiesel 49 
4.5 Costos 51 
4.6 Sustitución de Diesel y Gas Natural por Biodiesel 53 
4.6.1 ¿Por qué usar biodiesel como fuente de energía alterna? 53 
 
CAPITULO 5 EVALUACION EN CALENTADORES A FUEGO DIRECTO 55 
 
5.1 Evaluación 55 
5.2 Desarrollo de los casos 58 
 
5.3 Análisis energético del calentador BA-501 59 
5.4 Análisis de las condiciones actuales de operación 62 
5.4.1 Perspectiva y principios generales 62 
5.4.2 Eficiencia en el proceso de combustión 64 
5.4.3 Acciones de mejoramiento energético y productividad del proceso 
a corto plazo. 81 
 
 
CAPITULO 6. ANALISIS DE RESULTADOS 91 
 
CAPITULO 7. CONCLUSIONES 95 
 
FIGURAS, DIAGRAMAS Y TABLAS. 
 
Figura 2.1. Uso mundial de la energía primaria en 2001 11 
Figura2.3.1.Participacion histórica y futura de diversas fuentes en la producción de 
energía. 13 
Figura3.5.1. Evolución del consumo residencial de Energía en México 29 
Figura 3.5.2. Representación de las fuentes renovables. Año 2003 30 
Figura 3.8.1. Penetración futura de las fuentes bioenergéticas 37 
Figura 3.8.2. Emisiones Evitadas de CO2 por uso de Bioenergía. México 2010-2030 37 
Figura4.3.1. Crecimiento de la producción de Biodiesel 48 
Figura 4.4.1. Esquema de Producción del Biodiesel 51 
Diagrama 5.1.1 Secuencia General para Evaluación Energética para los CFD 57 
Diagrama 5.4.2.1. Diagrama de Sankey 69 
Tabla 2.5.1. Suministro global. Sectores eléctrico e Industrial 15 
Tabla 3.6.1. Valores supuestos de las variables macroeconómicas utilizadas 31 
Tabla 3.6.2. Usos finales de la bioenergia (Masera 2003) 32 
Tabla 3.8.Consumo de bioenergía en la industria eléctrica de México y en sectores de uso 
final: industrial, transporte y comercial 36 
Tabla 4.1.1. Emisiones promedio del biodiesel comparadas con las del petrodiesel 42 
Tabla 4.1.2. Comparación del Flashpoint 43 
Tabla 4.1.3. Comparación de rendimiento típico de cosechas para producción de aceite 
vegetal 45 
Tabla 4.2.1. Tipo de recursos y tecnologías para la obtención de biodiesel 46 
Tabla5.3.1. Características de diseño del calentador BA-501 A-D 60 
Tabla 5.3.2. Características del gas combustible, utilizado en el calentador BA-501 A-D. 
Composición, poder calorífico, peso molecular y densidad. 61 
Tabla5.4.2.1 Niveles de exceso de aire recomendado en función del tipo de combustibles y 
métodos de control. 66 
Tabla 5.4.2.2. Eficiencia y Pérdidas de energía en gases de chimenea de BA-501 en 
función de la carga de nafta al calentador. 71 
Tabla 5.4.2.3. Eficiencia y Pérdidas de energía en gases de chimenea de BA-501 en 
función de la carga de nafta al calentador. 72 
Tabla 6.1. Comparación de propiedades Gas natural, diesel y biodiesel 95 
 
Anexo 1 Gas Natural 
 
Anexo 2 Diesel 
 
Anexo 3 Biodiesel 
 
INTRODUCCIÓN. 
 
 
La función fundamental de un calentador, es suministrar una cantidad específica 
de calor a niveles elevados de temperatura al fluido que va a ser calentado, es por eso 
que consumen grandes cantidades de energía en forma de combustible. En un calentador 
a fuego directo el calor liberado de la combustión que se realiza dentro de una cámara 
aislada, se transfiere a elevadas temperaturas a un fluido que se encuentra en el interior 
de un serpentín de tubos que comúnmente se colocan a lo largo de las paredes y techo 
de la cámara de combustión. 
 
 
En los calentadores a fuego directo se presentan pérdidas de energía, por 
diversas causas, y por ello es de vital importancia detectar puntos de optimización 
energética que coadyuven a la eficiencia de la operación del calentador así como el 
consumo de energía (combustible), apoyándose para ello en un análisis energético, el 
cual, generalmente, derivará recomendaciones que implicarán un ahorro energético 
económico, además de disminuir la contaminación ambiental. 
 
 
En la actualidad la bioenergía puede contribuir de forma muy importante en las 
estrategias de desarrollo sustentable. La tecnología para obtener energía a partir de la 
biomasa avanza rápidamente y en operaciones tales como la combustión directa, las 
técnicas de gasificación, fermentación y digestión anaeróbica se esta incrementando el 
potencial técnico de la biomasa como una fuente de energía sustentable. 
 1
 
 
Actualmente, el uso de biomasa como energía, representa en México el 8% de la 
demanda de energía primaria. Sin embargo como veremos en este documento, la 
bioenergía tiene un potencial mucho más amplio y podría convertirse en uno de los 
pilares del desarrollo rural sustentable en el país y por ello en este trabajo se realizaron 
pruebas con la ayuda de un software y ejemplificamos como sustituir el diesel y el gas 
natural en un calentador a fuego directo, esta herramienta evalúa el funcionamiento de 
este equipo utilizando biodiesel como combustible. 
 
 
El biodiesel es un combustible renovable derivado de los aceites vegetales. 
Actualmente es producido y utilizado en toda Europa y ha ido ganando popularidad 
mundial como energía alternativa debido a sus muchas ventajas. 
 
 Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel de emisiones de CO2 y de 
sulfuros, el humo visible y los olores nocivos. 
 
 
Funciona con normalidad en motores diesel sin modificar y puede emplearse 
también mezclado con gasoil convencional, consiguiendo así reducciones 
substanciales en las emisiones. 
Como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el almacenamiento 
son más seguros que en el caso del combustible diesel convencional. 
 
 2
 
Como se sabe en la industria uno de los equipos principales en instalaciones 
industriales de procesamiento y transformación de petroquímicos líquidos y gaseosos, 
son los calentadores a fuego directo, equipos que tienen como función principal 
suministrarla energía térmica requerida por los procesos, entre otros: 
 
 
♦ Fraccionar los cortes de hidrocarburos en destilación atmosférica y de vacío. 
 
♦ Vaporizar la alimentación en reactores. 
 
♦ Proporcionar los requerimientos térmicos en columnas de fraccionamiento. 
 
♦ Calentar algún fluido térmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3
OBJETIVO 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mostrar la aplicación de un biocombustible (biodiesel), en un calentador 
a fuego directo de producción industrial, el cual sustituirá a los combustibles 
fósiles que se usan en la actualidad: diesel y el gas natural. 
 
 4
Capitulo 1. CALENTADORES 
 
 
1.1 Que es un calentador a Fuego directo (CFD). 
 
 
Uno de los equipos principales en instalaciones industriales de procesamiento y 
transformación de petroquímicos líquidos y gaseosos, son los calentadores a fuego 
directo, equipos que tienen como función principal suministrar la energía térmica 
requerida por los procesos, entre otros: 
 
 
♦ Fraccionar los cortes de hidrocarburos en destilación atmosférica y de vacío. 
♦ Vaporizar la alimentación en reactores. 
♦ Proporcionar los requerimientos térmicos en columnas de fraccionamiento. 
♦ Calentar algún fluido térmico. 
 
 
La función fundamental de un calentador, es suministrar una cantidad 
específica de calor a niveles elevados de temperatura al fluido que va a ser calentado, es 
por eso que consumen grandes cantidades de energía en forma de combustible. En un 
calentador a fuego directo el calor liberado de la combustión que se realiza dentro de 
una cámara aislada, se transfiere a elevadas temperaturas a un fluido que se encuentra 
en el interior de un serpentín de tubos que comúnmente se colocan a lo largo de las 
paredes y techo de la cámara de combustión. 
 5
Como concepto general, la eficiencia térmica es definida como la razón entre el 
calor absorbido por la corriente de proceso y el calor liberado por el combustible. 
 
 
En los calentadores a fuego directo se presentan pérdidas de energía, por 
diversas causas, y por ello es de vital importancia detectar puntos de optimización 
energética que coadyuven a la eficientización de la operación del calentador así como 
el consumo de energía (combustible), apoyándose para ello en un análisis energético, el 
cual, generalmente, derivará recomendaciones que implicarán un ahorro energético 
económico, además de disminuir la contaminación ambiental. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6
CAPITULO 2. BIOENERGÍA 
 
 
2.1. La bioenergía y su contexto económico. 
 
 
La bioenergía es la energía que se obtiene de la biomasa y se presenta en una 
gran variedad de formas. Puede obtenerse a partir de los biocombustibles sólidos como 
la leña, el carbón vegetal o los residuos agrícolas (que pueden quemarse directamente o 
gasificarse para producir calor o electricidad), los cultivos energéticos (como la caña de 
azúcar y plantas oleaginosas, de las que se extraen los combustibles liquido como el 
bioetanol y el biodiesel), los residuos municipales y el estiércol (de los que pueden 
obtenerse combustibles gaseosos como el biogás). 
 
 
La biomasa utilizada con fines energéticos constituye una fuente de energía 
renovable y limpia, plenamente establecida, con tecnologías maduras en la mayoría de 
sus distintas aplicaciones. De hecho se le considera uno de los pilares de la transición a 
las fuentes de energía renovables. A nivel internacional, la bioenergía representa 11% 
del consumo total de energía y 80 % del consumo de energías renovables. Se estima que 
para el año 2050 podría contribuir con 25% de la energía requerida a nivel mundial. 
 
 
Como fuente energética presenta numerosas ventajas desde la perspectiva 
socioeconómica y ambiental. En primer lugar, el aprovechamiento sustentable de la 
 7
bioenergía permite crear sinergias importantes entre los sectores agrícola – forestal (en 
los que se realiza la producción de los combustibles), energético, industrial 
(particularmente en el contexto de las agroindustrias), ambiental y social. 
 
 
Por otro lado, debido al suministro descentralizado de los combustibles biomasicos, se 
puede promover el desarrollo sustentable a través de la creación de fuentes de trabajo e 
inversiones en el medio rural. De hecho, la bioenergía genera de 2 a 4 veces más 
fuentes de trabajo por unidad de energía que los combustibles fósiles. Asimismo, el 
uso ampliado de bioenergía puede transferir importantes recursos económicos, y con 
ello ingresos, desde las áreas urbanas consumidoras hacia las áreas rurales productoras 
de estos energéticos. 
 
 
Adicionalmente la producción sustentable de biomasa brinda numerosos 
servicios ambientales de tipo local y global, incluyendo el control de la erosión del 
suelo, la regulación del ciclo hidrológico y la protección de las áreas de hábitat de fauna 
silvestre. Si las plantaciones energéticas se establecen en tierras degradadas, es posible 
rehabilitarlas mejorando la calidad y fertilidad del suelo. Utilizada sustentablemente, la 
bioenergía contribuye a la mitigación del cambio climático, ya que no genera emisiones 
netas de CO2. Asimismo la conversión de desechos orgánicos en combustibles, además 
de proporcionar energía, reduce los daños ambientales asociados a su inadecuada 
disposición (por ejemplo, la contaminación del aire y el agua, aumento de plagas y 
enfermedades, deterioro del paisaje y calidad de vida de las poblaciones humanas). 
 
 8
 
El uso de la bioenergía en gran escala requiere de grandes extensiones de 
tierra, lo cual puede significar una competencia con la tierra dedicada a la producción de 
alimentos. Sin embargo, bajo esquemas adecuados esta competencia puede reducirse a 
un mínimo. Es el caso de las plantaciones multipropósito (que permitan resolver varias 
necesidades), de las plantaciones son áreas degradadas (que ayudaría a restaurarlas) o 
del aprovechamiento preferencial de residuos agrícolas, pecuarios y forestales, los 
cuales no tienen uso como alimento o forraje. 
 
 
Varias aplicaciones tecnológicas de la bioenergía son competitivas en el 
mercado. Pero en la mayoría de los caos se necesita un apoyo decidido del sector 
publico para hacerlas costo – efectivas con respecto a los combustibles fósiles, dado los 
precios actuales de estos últimos, el costo elevado de inversión inicial de las tecnologías 
energéticas y muy particularmente, las barreras institucionales para su desarrollo. 
 
 
Actualmente existen varias iniciativas internacionales para la promoción de la 
bioenergía. Países como Brasil, China, Estados Unidos y la unión Europea, entre otros, 
tienen programas ambiciosos para incentivar el uso de esta fuente energética, mismas 
que los han llevado a ser lideres en el desarrollo tecnológico en el área. En Brasil por 
ejemplo, 10 millones de vehículos utilizan etanol producido con caña de azúcar como 
combustible único o como aditivo. En china 272 millones de hogares rurales y pequeños 
establecimientos comerciales cuentan con estufas eficientes de leña. 
 
 9
 
2.2 Breve contexto bioenergético. 
 
 
El mundo depende de la biomasa para obtener cerca de 11% de su energía (IEA 
1998). Se estima que 46 Exajoules (EJ) de la energía primaria global se derivan de la 
biomasa: 85% por uso tradicional (leña, estiércol para combustible domestico) y 15% en 
uso industrial combustibles, proceso de energía de calor y energía combinados (CHP), y 
electricidad. En los países en vías de desarrollo la biomasa es, en muchas ocasiones, la 
fuente de energía más importante, pues llega a representar cerca de un 35% del total 
(WEC 1994). En los países pobres, la biomasa llega a cubrir 90% de la energía 
suministrada, generalmente en forma tradicional o no comercial. En la figura 2.1 se 
observa el uso mundial de la energía primaria en el mundo durante el año 2001. 
 
 
Figura 2.1 Uso mundial de la energía primariaen 2001 
 
 
 10
Muchas de las tecnologías de uso de bioenergía se encuentran maduras y tienen gran 
difusión a nivel internacional. Algunos ejemplos ilustrativos son: 
 
 
• 11 millones de hogares se iluminan con biogás 
 
• Más de 300 millones de hogares tienen estufas eficientes de leña. 
 
• Existen 38,000 MW de capacidad instalada para generación de electricidad 
mediante la biomasa. 
 
• Se consumen 30 mil millones de L/año de bioetanol. 
• 180 millones de personas viven en países con normas para mezclar bioetanol 
con gasolina. 
 
 
Actualmente, la bioenergía se le reconoce como una de las fuentes renovables de 
mayor potencial para facilitar la transición energética a los recursos renovables. Varios 
países se han lanzado incluso iniciativas específicas, con metas muy ambiciosas, para la 
promoción de bioenergía. Entre estas se cuentan las de: Brasil, Australia, China, La 
unión europea, Canadá y Estados Unidos (IEA bioenergy News). 
 
 
 
 
 11
2.3 Potencial a largo plazo: La transición hacia las fuentes renovables de 
energía. 
 
 
Se estima que la participación en cuanto a producción de energía por biomasa, 
vaya en aumento en los próximos años hasta conformar el 25% del total mundial para el 
año 2030. 
 
 
Diversas causas determinan la preferencia de la bioenergía en lugar del petróleo 
o de cualquier otro combustible fósil. Por ejemplo, el desarrollo de las nuevas 
tecnologías para producir electricidad hace que sea cada vez mas barato utilizar fuentes 
renovables en lugar de fuentes fósiles. Además, se ha demostrado que la biomasa como 
combustible es la única fuente de carbono neutral, esto quiere decir que las emisiones 
que se producen en su combustión se capturan nuevamente en la fotosíntesis de las 
plantas, por lo que genera emisiones netas de carbono y reduce los problemas de cambio 
climático y del efecto invernadero. 
 
 
 12
 
Figura 2.3.1. Participación histórica y futura de diversas fuentes en la producción de 
energía. 
 
 
2.4 Ventajas de la bioenergía. 
 
 
La posibilidad de ampliar el portafolio de fuentes de energía, proteger al medio 
ambiente y apoyar al desarrollo económico y social del país son razones de peso 
suficiente para considerar seriamente el desarrollo bioenergético. 
Diversificación energética: La bioenergía puede cubrir más de la mitad de las 
necesidades de energía primaria de México y su aprovechamiento reduciría la gran 
dependencia que tiene el país de los combustibles fósiles. Por su carácter de fuente 
energética renovable, se convierte en uno de los componentes más importantes del 
portafolio energético del futuro. 
 
 
 13
• Protección del medio ambiente: El aprovechamiento de la bioenergía puede 
resolver lo que hoy en día son serios problemas ambientales que afectan 
suelos, aire, y agua, en particular el manejo de residuos de actividades 
agrícolas, forestales, pecuarias y domésticos. Por otro lado la problemática 
que se representa por el llamado cambio climático lleva a considerar el uso y 
manejo de la bioenergía como parte de las estrategias para enfrentarlo, más 
aun cuando México es firmante del protocolo de Kyoto. 
 
• Desarrollo económico y Social: La bioenergía que esta disponible en donde 
el suministro de energéticos convencionales es más caro, puede ser el motor 
de las actividades económicas en zonas con poco desarrollo económico. Del 
mismo modo, el aprovechamiento de la bioenergía a través de cultivos 
energéticos (y de las cadenas de comercialización y distribución) puede 
significar la creación de oportunidades de empleo en zonas rurales, 
fortaleciendo el desarrollo regional, evitando los efectos negativos de la 
migración cuando y dando un nuevo sentido a la vida en el campo. A su vez 
la posibilidad de dar energía eléctrica (a costos competitivos con alternativas 
tradicionales) a comunidades alejadas de la red, a través de un sistema que 
aprovechan bioenergía, la ubica con un elemento para resolver esta 
problemática. 
 
 
2.5 Electricidad proveniente de la bioenergía. 
 
 
 14
La tabla 2.5.1. muestran los resultados obtenidos cuando se considera la 
generación global proveniente de la bioenergía para generación de electricidad en 
términos porcentuales de generación, energía primaria y emisiones evitadas, 
respectivamente, así como los valores absolutos de estas últimas. 
 
Escenario Moderado Escenario Alto Capacidad 
MW 2010 2030 2010 2030 
Capacidad 
MW 
 
653 
 
5,375 
 
813 
 
16,992 
EEG % 2.2 8.1 1.6 15.5 
EPC % 1.4 8.1 1.8 25.6 
Emisiones de 
CO2 evitadas 
% 
 
4.7 
 
11.4 
 
5.85 
 
36.2 
 
Tabla 2.5.1. Suministro global. Sectores eléctrico e industrial 
2.6 Retos e impactos de la bioenergía 
 
 
Entre las mayores ventajas de la bioenergía sobre los combustibles 
convencionales destacan las siguientes: 
 
 
• Es un recurso abundante y utilizándolo de forma renovable se garantiza su 
sustentabilidad. 
 15
 
• Puede ayudar a reducir la pobreza rural. Dada la variedad y dispersión de 
fuentes para la generación de este tipo de combustibles, la producción y uso 
de biomasa con fines energéticos puede alentar la participación de las 
comunidades a través de la creación de fuentes de empleo e inversiones en el 
medio rural. Por su misma dispersión, la bioenergía es la fuente de energía 
mas democrática, porque esta al alcance de muchos y es menos 
monopolizable. 
 
• El desarrollo de la bioenergía puede ayudar en la redistribución del ingreso 
nacional, derivando importantes flujos de dinero hacia el campo y las 
poblaciones rurales, a diferencia de otras fuentes de energía, cuyo desarrollo 
implica la transferencia de enormes recursos económicos desde toda la 
sociedad hacia unas pocas empresas, regiones o países. 
• La producción de bioenergía requiere de mucho trabajo humano y sus 
distintas etapas de producción de biomasa proveen muchos mas empleos 
locales, especializados y no especializados, que las tecnologías presentes 
basadas en energéticos fósiles o de otras fuentes. 
 
• La generación de bioenergía puede estar basado en una amplia variedad de 
fuentes. La tierra usada para producir bioenergía puede provenir de áreas 
degradadas, soportar múltiples usos y adaptarse a las condiciones locales. 
 
• La producción de biomasa puede proveer numerosos servicios ambientales, 
incluyendo el control de la erosión del suelo, regulación del ciclo hidrológico 
 16
y el suministro de hábitat para fauna silvestre. Si las plantaciones energéticas 
se establecen en tierras degradadas, es posible rehabilitarlas mejorando la 
calidad y la fertilidad del suelo. 
 
• La conversión de desechos orgánicos en combustible, además de 
proporcionar energía, reduce los daños ambientales asociados a su 
inadecuada disposición (por ejemplo, la contaminación del aire y el agua, 
aumento de plagas y enfermedades, deterioro del paisaje y calidad de vida de 
la poblaciones humanas). 
 
• El uso de la biomasa con fines energéticos en gran escala requiere de grandes 
extensiones de tierra. Esto puede significar una competencia con otros usos 
del suelo, por ejemplo, con la tierra que debe dedicarse a la producción de 
alimentos. Sin embargo bajo esquemas adecuados, esta competencia puede 
reducirse a un mínimo. Este es el caso del desarrollo de plantaciones 
multipropósito (que permitan resolver simultáneamente varias necesidades) 
o del aprovechamiento preferencial de residuos agrícolas, pecuarios y 
forestales que no tienen uso como alimento o forraje. 
 
• Utilizada sustentablemente la bioenergía contribuye a la mitigación del 
cambio climático. Se considera que no produce CO2 porque en el proceso de 
combustión libera la misma cantidad de CO2 que absorbe del ambiente. 
 
 17
• El uso de la biomasa para producción de energía ofrece la posibilidad de 
captar recursos financieros del exterior, por ejemplo, mediante Mecanismos 
deDesarrollo limpio. 
 
 
 
 
 
 
 18
CAPITULO 3. CONTEXTO NACIONAL 
 
 
3.1 La bioenergía en México 
 
 
El uso de la bioenergía en nuestro país representa 8% (408 PJ) del consumo de 
energía primaria. La materia prima mas utilizada es la leña y el bagazo de caña. La 
primera es consumida por 25 millones de personas en el medio rural mexicano, 
principalmente para la cocción de alimentos, pero también en gran cantidad de pequeñas 
industrias (tabiqueras, mezcaleras, tortillerías y otras) el segundo sirve de combustible 
en algunos ingenios azucareros. 
 
 
El patrón actual de consumo de la bioenergía presenta numerosos problemas. 
Por un lado, existe un gran potencial energético desaprovechado, particularmente en 
cuanto al aprovechamiento de la biomasa con fines energéticos como subproducto de 
otras actividades productivas. Por otro no existe la conciencia sobre el gran potencial de 
la agroindustria como productora de bioenergía, Las tecnologías existentes en el país en 
su mayoría ineficientes, lo que conduce al uso dispendioso de los recursos que provoca 
impactos ambientales negativos en áreas y situaciones especificas. 
 
 
 
 
 19
Asimismo, no hay en el país una política de apoyo de incentivos a la biomasa 
como fuente de energía. De hecho existen obstáculos técnicos, económicos, 
regulatorios, institucionales, sociales y culturales que limitan su desarrollo. Hasta el 
momento, los esfuerzos por promover la bioenergía han dependido fundamentalmente 
de las iniciativas individuales de investigadores y organizaciones; las consecuencias de 
esto son: ausencia de mecanismos específicos de financiamiento para investigación y 
desarrollo en bioenergía; escasos grupos de investigación, los que sobreviven con 
recursos muy limitados; pobre desarrollo tecnológico en áreas de frontera como la 
producción de combustibles líquidos o gasificación de biomasas; y ausencia de políticas 
de promoción y fomento (incentivos legales, financieros e impositivos) para apoyar la 
introducción de tecnologías bioenergéticas. 
 
 
3.2 Oportunidades para México. 
 
 
A continuación se muestran argumentos del gran potencial de desarrollo que presenta el 
desarrollo de la bioenergía: 
 
 
- Existe un gran potencial energético del recurso biomasico. 
 
- La bioenergía permitirá reducir significativamente las emisiones de CO2 y la 
contaminación local. 
 20
- Se cuenta con un portafolio internacional extenso de tecnologías maduras y 
otras promisorias en pleno desarrollo. 
 
- Existe un conjunto de experiencias exitosas en México; Existe ya una planta 
piloto para la producción de biodiesel, no obstante resulta ser bastante modesto y 
limitado para las grandes necesidades de combustible que son necesarias para el 
movimiento industrial del país, estas experiencias señalan oportunidades claras 
de crecimiento en el sector. 
 
 
3.3 Problemática actual de la bioenergía 
 
 
 Los recursos bioenergéticos son un componente importante del patrón actual de 
la energía utilizada en México, particularmente dentro de áreas rurales. Sin embargo el 
patrón de uso actual de estos combustibles presenta varios problemas: 
 
 
• Existe un gran potencial energético desaprovechado, particularmente en lo 
que se refiere al mal aprovechamiento de la biomasa para fines energéticos 
como subproducto de otras actividades productivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 21
• Falta de conciencia sobre el gran potencial de la agroindustria como 
productora de bioenergía. 
 
• Limitada capacidad económica de los usuarios en el sector rural. La 
mayoría de la población rural (que es la usuaria directa de la bioenergía) vive 
en situación de pobreza de marginación, con bajos niveles de educación, 
servicios y abasto, lo que limita la capacidad de pago (aunque sea 
minímamente) de esta tecnología. 
 
• Altos costos de transacción para los proyectos de energía renovable. Los 
proyectos de aprovechamiento de energías renovables, entre ellos los 
bioenergéticos, se enfrentan a costos relativamente mayores de desarrollo 
que los convencionales a partir de combustibles fósiles. 
 
• Ausencia de incentivos fiscales o subsidios para el fomento de la 
bioenergía y de las energías renovables en general. Además de los 
subsidios generales que se aplican en el sector agrícola (en la electricidad 
para el bombeo de agua y el diesel) no existen incentivos o subsidios 
específicos para promover el aprovechamiento de la bioenergía 
 
• Las tecnologías actuales son generalmente ineficientes lo que conduce a un 
uso dispendioso de los recursos existentes. 
 
 
 
 
 22
• Insuficiente información sobre los recursos de bioenergía. La falta de datos 
confiables, precisos y a partir de series históricas, son obstáculo muy 
importante para proyectos de bioenergía ya que al aumentar la incertidumbre 
sobre la disponibilidad y calidad de la materia prima de estos proyectos, 
aumenta su riesgo financiero y disminuye su rentabilidad. Esto es 
particularmente notable en el caso de los recursos leñosos que, teniendo un 
peso especifico alto en el balance energético nacional, ha sido evaluado en 
zonas muy acotadas del país. 
 
• Nivel bajo en investigación y desarrollo de bioenergía. Existen 
instituciones, con muy poca gente capacitada y escasos recursos económicos 
dedicados a la investigación y desarrollo de la bioenergia. Y los existentes 
sobreviven con recursos muy limitados. 
 
• Bajo desarrollo de las tecnologías usadas en el sector rural. Para que la 
biomasa sea competitiva en este contexto es necesario que la tecnología sea 
eficiente, sencilla limpia y apropiada al sector rural, y sobre todo que tengas 
bajos costos de inversión y operación. 
 
• Pobre desarrollo tecnológico en áreas de frontera como la producción de 
combustibles líquidos o gasificación de biomasa. 
 
• Un gran desconocimiento del potencial de los recursos bioenergéticos en el 
país. 
 
 23
• Ausencia de incentivos legales, financieros e impositivos y de políticas 
especificas para apoyar la introducción de tecnologías bioenergéticas. 
 
• Los hechos, de la política energética. En México, la política energética 
busca reducir costos que permitan el desarrollo económico con el uso de 
recursos públicos para promover alternativas que se consideran mas caras 
(aún cuando ese uso resuelva problemas que cuestan a la sociedad) no es 
considerado como adecuado por quienes toman las grandes decisiones del 
uso de recursos públicos en el país. 
 
• Falta de coordinación institucional. Por su carácter multisectorial (ya que 
incluye aspectos energéticos, ambientales y sociales), el desarrollo de la 
bioenergía requiere de una buena coordinación entre instituciones públicas 
ya que muchas veces, lo que un sector promueve es frenado por otro. 
 
• Se privilegia la extensión de la red sobre el aprovechamiento de energías 
renovables. Es un hecho reconocido que, para muchos puntos donde 
actualmente no se tiene servicio eléctrico, es más barato acceder a energía 
eléctrica a partir de sistemas aislados que funcionen con energías renovables 
que a partir una extensión de la red centralizada. Sin embargo quienes toman 
las decisiones de electrificación rural siguen privilegiando la extensión de la 
red, muchas veces por la falta de capacidad técnica. 
 
 
 
 
 
 24
• Por las aplicaciones en gran escala en generación de electricidad, la 
generación sujeta a las reglas de despacho. Salvo para proyectos mayores 
(que ofrecen capacidad firme, compiten por precio de energía y establecen 
contratos de largo plazo con la CFE), el resto de la generación de electricidad 
está sujeta a este despacho. 
 
• La abundancia petrolera de México. El hecho de que México sea un país 
con abundantes recursos energéticos no renovables y que éstos no se 
perciban como finitos, han impedido el desarrollo de alternativas para 
sustituirlos, lo que ha limitadola asignación de recursos públicos a su 
desarrollo. 
 
• La valoración social negativa de la bioenergía. El hecho de que el 
aprovechamiento de la leña esté asociada a la pobreza aporta una percepción 
social de la bioenergía como expresión de subdesarrollo. 
 
• El peso de las costumbres en el sector rural. Una gran parte de la población 
rural es indígena con tradiciones y costumbres arraigadas que dificultan la 
adopción de alternativas para un mejor uso de los recursos bioenergéticos 
bajo esquemas convencionales. En este sentido, las soluciones meramente 
tecnológicas no resuelven por si solas una problemática que tienen variables 
culturales con gran peso especifico. 
 
 
 
 
 25
3.4 Elementos para una iniciativa nacional sobre bioenergía 
 
 
La posibilidad de ampliar el portafolio de fuentes de energía, de proteger el 
medio ambiente y de apoyar el desarrollo económico social del país, particularmente en 
las zonas rurales, son razones de peso suficiente para fomentar el uso de la bioenergía 
en México. Se requiere como lo muestra la experiencia internacional) de acciones 
estratégicas y del apoyo de un amplio conjunto de políticas y de recursos públicos. 
Cuatro son fundamentales para ese propósito: 
 
 
 
1. Partir de un enfoque integrado, orientado al uso ambiental, económica y 
socialmente sustentable de la bioenergía. 
 
• Aprovechamiento de la bioenergía. 
• Prioridad al aprovechamiento de desechos y subproductos de otras 
actividades. 
• Diversificar la oferta biomasica y aumentar la eficiencia de las 
tecnologías así como asegurar la adecuada participación y los beneficios 
de las poblaciones locales. 
• La bioenergía debe ser considerada un recurso estratégico y 
complementario de las otras fuentes de energía en la búsqueda de la 
transición energética. 
 
 26
2. Fomentar la investigación y el desarrollo tecnológico. 
 
• Evaluación más precisa del potencial energético de la bioenergía. 
• Demanda por usos finales. 
• Incentivar el desarrollo, adaptación y aplicación de tecnología apropiada. 
• Apoyo a grupos de investigación y al desarrollo de proyectos piloto y 
demostrativos son acciones elementales de fomento. 
• Existe tecnología en el mercado internacional que ya se puede 
aprovechar y que requiere de adaptaciones menores para funcionar en 
contexto local. 
 
3. Impulsar el desarrollo de mercados. 
 
• Promover el desarrollo de redes de producción y de mercado de 
productos y tecnologías asociadas a la bioenergía. 
• Elaborar normas técnicas para asegurar la calidad de los productos y los 
procesos. 
 
4. Fortalecimiento institucional 
 
• Programas intersectoriales como de salud, energía, ambiente, etc.) 
• En política recursos públicos: (subsidios, incentivos, etc.) 
• Obligaciones para la sociedad en forma de leyes y normas. 
• Plan integral que elimine los obstáculos que existen en los distintos ámbitos. 
 
 
 27
En este sentido, se debe hincar un proceso amplio que incluya entre otras acciones: 
 
 
a) Reconocimiento político de valor estratégico de la bioenergía 
 
b) Elaboración de un plan de desarrollo de la bioenergía con metas de corto, 
mediano y largo plazo, con una amplia convocatoria a la participación de 
factores económicos y sociales. 
 
c) Asignación de recursos públicos para apoyar (por medio de recursos a 
fondo perdido para investigación, subsidios en forma de apoyos directos o 
deducciones fiscales, financiamiento preferencial o de instituciones publicas 
de fomento) las actividades y obligaciones de compra de productos y 
servicios asociados a la bioenergía; 
 
d) Coordinación institucional, para alinear y hacer compatibles las políticas 
sectoriales (de energía, medio ambiente, fiscales, de desarrollo social, de 
desarrollo agrícola e industrial, de salud y educación) con el desarrollo de 
la bioenergía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28
3.5 Estado actual de la bioenergía en México. 
 
 
En México la bioenergía representa 8% de la demanda de energía primaria y esta 
centrada en el uso de leña como combustible residencial y en las pequeñas industrias, 
así como en el bagazo de caña en ingenios. En 2001, la oferta interna bruta de energía 
primaria fue de 5,700 petajoules (PJ), de los cuales 408 PJ corresponden a la energía de 
la biomasa (leña con 320 PJ y bagazo de caña con 89 PJ) (BNE 2003). En la figura 
3.5.1. se puede ver la evolución en cuanto a la oferta interna bruta de la energía 
primaria en México. 
 
 
 
Figura 3. 5.1 Evolución del consumo residencial de energía en México. 
 
 
 
 29
En el año 2003 la oferta interna bruta de energía en México fue de 6,471 PJ. Las 
fuentes renovables de energía representaron el 9.6%: hidroelectricidad (3.2%), bagazo 
(1.4%), leña (4.0%), geotermia (1.0%) y eoloeléctrica (0.001%). 
 
Fuentes Renovables
0
2
4
6
8
10
12
3.
2%
 H
idr
oe
lec
tric
a
1.
4%
 B
ag
az
o
4.
0%
 L
eñ
a
1.
0%
 G
eo
ter
m
ia
0.
00
1%
 E
olo
ele
ctr
ica
Serie1
 
Figura 3.5.2. Representación de las fuentes renovables. Año 2003 
 
Los principales biocombustibles analizados son: leña proveniente de 
plantaciones energéticas, bagazo de caña de azúcar, residuos forestales en aserraderos, 
biogás de rellenos sanitarios, desechos sólidos municipales, etanol de caña de azúcar y 
biodiesel de plantas oleaginosas como colza, cártamo y girasol. 
 
 
 
 
 
 
 
 30
3.6 Escenarios 
 
 
Con base en los trabajos previos se desarrollaron tres escenarios para México 
tomando como año de referencia a 1996 y un horizonte de tiempo hacia el año 2030. La 
hipótesis sobre las variables macroeconómicas utilizadas se resume en la tabla 3.6.1. 
 
Variable Valor Observaciones 
1.Crecimiento económico 4% Anual constante 
2.Crecimiento poblacional 1.2% Anual (138 millones de habitantes al 
2030) 
3.Estructura de la demanda de uso 
final de energía 
------ Constante 
4.Crecimiento de la demanda de la 
energía. 
4% Anual constate 
5.Crecimiento de la capacidad 
eléctrica instalada 
------ Oficial 
6.Crecimiento anual de la capacidad 
eléctrica instalada 
3.4% Conservador 
7.Nueva oferta eléctrica 3% (Motores Diesel) 
 
Tabla 3.6.1. Valores supuestos de las variables macroeconómicas utilizadas. 
 
 
 
 31
En el escenario las tendencias de los combustibles derivados del petróleo, gas 
natural y el carbón siguen siendo los energéticos de mayor consumo. Particularmente, 
en el sector eléctrico, todas las nuevas adiciones a la capacidad instalada se realizan con 
plantas tipo ciclo combinado, con gas natural como combustible (GNCC). 
En los otros dos escenarios alternativos, se introduce el uso masivo de la 
biomasa como energético en lo sectores de consumo final y en el sector eléctrico; 
variando su porcentaje de participación, se crea un escenario moderado y otro alto, 
donde ambos escenarios son factibles desde un punto de vista técnico, económico e 
institucional. 
En términos de usos finales, actualmente la energía generada por la combustión 
de biomasa se destina mayoritariamente a usos térmicos; cocción de alimentos, 
calentamiento de agua y calor de proceso en los ingenios (donde también contribuye a la 
generación de electricidad para consumo propio) y pequeñas industrias. La tabla 3.6.2. 
Nos indica cuales son los usos finales de la bioenergía. 
Sector/uso final Uso de energía (PJ/año) 
 
Residencial 
Cocinar 
Calentar agua 
Calefacción 
 
 
300 
35 
n.d. 
 
 
Pequeñas industrias 
Producción de carbón de leña 
Otros (fabricas de ladrillos, cerámica, pan). 
 
 
 
10 – 20 
20 – 30 
 
Otro 
Bagazo 
 
 
 
90 
TOTAL 455 – 475 
 
Tabla 3.6.2. Usos finales de la bioenergía, (Masera, 2003) 
 
 32
3.7 Elementos para una estrategia nacional de fomento de la bioenergía en 
México. 
 
 
Es necesario instrumentar estrategias de promoción del aprovechamiento de la 
bioenergía. Estas acciones ameritan y requieren (como lo muestra la experiencia 
internacional)del apoyo de un amplio conjunto de políticas y de recursos públicos. 
 
3.7.1. Investigación y desarrollo tecnológico 
 
• Evaluación del potencial energético de la bioenergía. En este sentido, es 
necesario medir el potencial, procesar la información y hacerla pública. 
• Evaluación de usos finales de la bioenergía y de las cadenas productivas 
asociadas. La bioenergía es una forma de resolver una necesidad por lo que 
se debe ubicar su mercado y las cadenas de valor y de distribución por las 
que tienen que pasar para ser aprovechada. 
• Desarrollo, adaptación y aplicación de tecnología apropiada. En este 
sentido, el apoyo a grupos de investigación y al desarrollo de proyectos 
piloto demostrativos son acciones elementales de fomento. 
• Igualmente, existe tecnología en el mercado internacional que ya se puede 
aprovechar y que requiere de adaptaciones menores par funcionar en el 
contexto local, por lo que también este tipo de acciones de adaptación 
tecnológica deben ser consideradas. 
 
 
 33
3.7.2. Desarrollo de mercados 
 
• Desarrollo de redes de producción y de mercado de productos asociados a 
la bioenergía. Dado que una forma de aprovechamiento es la generación de 
electricidad, es necesario, por un lado fomentar el desarrollo de plantaciones 
energéticas y por el otro, eliminar barreras regulatorias que tienen que ver 
con el mercado eléctrico. 
• Desarrollo de redes de productos y servicios asociados al aprovechamiento 
descentralizado de la bioenergía. Para esto es necesario diseñar y apoyar 
programas piloto que pongan a prueba mecanismos diversos para lograr este 
objetivo. 
• Desarrollo de normas técnicas para asegurar la calidad de los productos y 
los procesos. Los desarrollos modernos de la bioenergía deben cumplir las 
mejores prácticas internacionales, lo cual puede ser garantizado por un 
marco de normas que las regulen. 
 
3.7.3. Fortalecimiento institucional. 
 
• Establecimiento de programas intersectoriales claramente coordinados 
(salud, energía, ambiente y desarrollo social). 
• Campañas de información pública que sirvan a una mejor valoración 
social de la bioenergía. 
• Reconocimiento político de valor estratégico de la bioenergía. 
• Desarrollo de un plan con metas de corto, mediano y largo plazo. 
• Asignación de Recursos Públicos. 
 34
• Coordinación institucional. 
 
 
3.8 Estimaciones 
 
 
En total, la penetración estimada de la bioenergía en la generación eléctrica y en 
los sectores transporte y residencial, en un escenario moderado al año 2010, podría 
llegar a 325 PJ, equivalente a 5% del consumo energético de estos tres sectores, y 2030 
hasta 883 PJ (7% del consumo total de los sectores considerados). 
 
La participación de la bioenergía en la generación eléctrica y los sectores 
transporte y residencial alcanzaría 335 PJ, para el año 2010 equivalente a 5.3% del total 
de energía consumida en estos sectores, y en 2030 esta cifra llegaría hasta 2,208 PJ y 
17%, respectivamente. 
 
Las emisiones de CO2 no biogénico en este mismo escenario se verían reducidas 
en el sector eléctrico y transporte. Hacia 2010, las emisiones evitadas alcanzarían 1.9 
millones de toneladas de CO2, equivalente a 0.8% de las emisiones de los sectores 
consideradas en un escenario tendencial. Para el año 2030 se dejarían de emitir 79 
millones de toneladas de CO2 a la atmósfera, equivalente a 16% de estas emisiones en 
los sectores considerados en un escenario tendencial, Tabla 3.8. 
 
 
 
 35
ENERGÍA 
ESCENARIO MODERADO ESCENARIO ALTO 
RESULTADOS 
2010 2030 2010 2030 
Sector eléctrico 
e industrial 
(PJ) (%) 
respecto 
al sector 
(PJ) (%) 
respecto 
al sector
(PJ) (%) 
respecto 
al sector 
(PJ) (%) 
respecto 
al sector
Plantaciones 
energéticas 
1.1 0.04 133.4 2.85 1.9 0.08 495.7 10.23 
Bagazo 31.7 1.27 84.0 1.79 38.6 1.55 179.7 3.71 
Incineradores 1.0 0.04 86.4 1.84 1.7 0.07 327.7 6.77 
Rellenos 
sanitarios 
1.4 0.06 52.6 1.12 1.7 0.07 146.1 3.02 
Aserraderos 0.4 0.02 22.7 0.48 0.7 0.03 88.9 1.84 
 
Sector Industrial 34.5 1.38 245.7 5.24 42.7 1.72 742.4 15.33 
Sector eléctrico 
+sector 
Industrial 
35.6 1.43 379.1 8.09 44.6 1.79 1238.1 25.56 
 
Sector Transporte 
Etanol 1.1 0.05 98.6 1.80 1.9 0.08 374.2 6.85 
Biodiesel 1.1 0.05 98.6 1.80 2.0 0.08 374.2 6.85 
Etanol+Biodiesel 2.2 0.09 197.2 3.60 3.9 0.16 748.4 13.70 
 
Sector 
Residencial 
Leña 23.0 17.26 245.4 9.25 229.1 17.19 177.3 6.68 
Biogas 57.6 4.31 61.4 2.31 57.3 4.30 44.3 1.67 
Leña + Bigas 287.6 21.57 306.8 11.56 286.4 21.48 221.6 8.35 
 
Suma de sectores 
EL+IND+TRANS+RES 
325.4 5.15 883.1 6.9 334.9 5.31 2208.1 17.04 
 
Tabla 3.8.Consumo de bioenergía en la industria eléctrica de México y en sectores de 
uso final: industrial, transporte y comercial. 
 
 
 36
 
Figura 3.8.1. Penetración futura de las fuentes bioenergéticas 
 
 
Figura 3.8.2. Emisiones Evitadas de CO2 por uso de Bioenergía. México 2010-2030 
 
 
 
 
 37
En México sin embargo, no existe una política pública orientada hacia el 
aprovechamiento de la bioenergía. Esto se refleja en la inexistencia de un marco 
jurídico de específico o de incentivos fiscales particulares. Algunos aspectos en las 
leyes y en el marco Jurídico están relacionadas al tema de la bioenergía, pero son 
diversas, no terminan siendo instrumentos claros y, en muchos casos no la favorecen. 
Por lo mismo se requieren de un replanteamiento de la política pública alrededor de la 
bioenergía. 
 
 
 
 
 
 
 
 38
CAPITULO 4. ENERGÍA LIMPIA 
 
 
Los efectos dañinos causados por el uso de combustibles fósiles, no son reversibles, 
sin embargo la sustitución de estos por el uso de biocombustibles, los cuales tienen una 
baja emisión de partículas contaminantes, evitará la destrucción acelerada de nuestro 
planeta. Es por ello que presento esta nueva alternativa de combustible para calentadores a 
fuego directo. 
 
 
4.1 Biodiesel como ejemplo Alternativo de un biocombustible 
 
 
 El Biodiesel es un combustible obtenido de fuentes renovables, de propiedades 
similares al diesel o petrodiesel obtenido de la refinación del petróleo, el biodiesel se 
obtiene de aceites vegetales o grasas animales. Esta compuesto principalmente de ésteres 
de metilo y de ácidos grasos. En Europa se emplea principalmente aceite de colza, 
mientras que en Estados Unidos se emplea principalmente aceite de soya. No obstante, el 
Biodiesel puede elaborarse a partir de una amplia variedad de materias primas y son mas 
de 350 especies de plantas oleaginosas y miles de subespecies que incluyen aceite de maíz, 
semilla de algodón, aceite de ricino, aceite de palma, aceite de coco, jojoba, girasol. Entre 
otras fuentes que son factibles para la producción de biodiesel son el aceite usado para 
cocinar, este puede ser el sobrante de los restaurantes y las grasas animales. 
 
 39
El incremento en los precios internacionales del petróleo y la reflexión sobre lo 
limitado de este recurso, sobre todo con una visión a futuro, hace necesaria la búsqueda 
constante de alternativas en cuanto a energéticos. Asimismo, el desarrollo industrial y el 
crecimiento de la población, ha impulsado la búsqueda constante de combustibles 
amigables con el Medio Ambiente. En 1992 este esfuerzo cristalizó en el reconocimiento 
oficial por el Departamento de Energía de Estados Unidos de los llamados Combustibles 
Alternativos, dentro de los cuales destaca como una opción muy atractiva el llamado 
Biodiesel con una serie de cualidades que superan por mucho el desempeño del Diesel 
tradicional. 
 
Algunas de estas cualidades son: Que proviene de una fuente renovable, es no 
tóxico, biodegradable, seguro de manejar y almacenar, es menos irritante, de aroma 
agradable, menos ruidoso y alarga la vida del motor. 
 
Sus buenas cualidades representan una fuente importante de incentivos 
gubernamentales y fiscales, esto quiere decir que su economía de producciónpueda ser 
competitiva con la del petrodiesel y el gas natural. Desde el punto de vista social se debe 
impulsar crecientemente su uso, ya que reduce estratégicamente la dependencia tecnológica 
dado que los métodos para producirlo no son complejos, genera gran cantidad de fuentes de 
trabajo y promueve el desarrollo agroindustrial 
 
El Biodiesel, tiene un poder calorífico ligeramente menor que el Petrodiesel siendo 
de aproximadamente 16,000 BTU/lb (118,170 BTU/gal) comparado con 18,300 BTU/lb 
 40
(129,050) del Petrodiesel, es decir, su poder calorífico es 14% menor; por su comparación 
en peso o bien 9% menor si la comparación se hace con base en unidad de volumen. 
 
Como sabemos el poder calorífico se emplea para medir la cantidad de calor que se 
desarrollo durante la combustión, entonces mas específicamente el poder calorífico es la 
cantidad de calor producida por la combustión completa de un kilogramo de una sustancia. 
Y tal unidad se mide en cal/kg de combustible. 
 
Si la cantidad de combustible que se quema en un mol, el calor desprendido recibe 
el nombre de efecto térmico (poco usado). 
 
Para los otros dos combustibles sabemos que el Diesel: es un subproducto obtenido 
de los derivados más pesados del petróleo. Se utiliza sólo en motores Diesel lentos en los 
cuales el combustible dispone más tiempo para quemar. Su poder calorífico es de 11000 cal 
/ Kg. Ahora bien para el gas natural, que se obtiene directamente de los yacimientos 
petrolíferos. Este gas es el encargado de empujar al petróleo a la superficie. Su uso es muy 
utilizado en los alrededores de los yacimientos. Su poder calorífico es de 9500 cal / m3. 
Uno de los principales beneficios en el desempeño que ofrece el Biodiesel se 
encuentra su número de cetano, que es de 46 a 62 dependiendo del aceite vegetal o grasa a 
partir del que se obtiene, esta propiedad es asociada a la operación para arrancar en clima 
frío, mientras que el Petrodiesel estándar tiene 40 y el Diesel especial CARB tiene como 
especificación 50. 
 
 
 41
El índice de cetano es la medida de la calidad de ignición de un diesel y la 
capacidad antidetonante. 
 
En cuanto a las emisiones el Biodiesel tanto en su modalidad mezclado con 
Petrodiesel en proporción del 20% (B20) o 100% Biodiesel (B100) presenta importantes 
reducciones de todas las emisiones excepto por las emisiones de Óxido de Nitrógeno donde 
compite en desventaja con el Petrodiesel, como se indica en la tabla 4.1. 
 
TIPO DE EMISIÓN B 100 B 20 
REGULADAS 
Hidrocarburos Totales -67% -20% 
Monóxido de Carbono -48% -12% 
Partículas -47% -12% 
NOX +10% +2% 
 
NO REGULADAS 
Sulfatos -100% -20% 
HAP (Hidrocarburos Aromáticos 
Policíclicos) 
-100% -20% 
NHAP (HAP nitrados) -90% -50% 
Ozono potencial de HC especiales -50% -10% 
 
Tabla 4.1.1 Emisiones promedio del Biodiesel comparadas con las del Petrodiesel. 
 
 
 42
El punto de inflamación o “flashpoint” también es sustancialmente mejor en el 
Biodiesel, que lo convierte en un combustible mucho más seguro de almacenar. El punto 
de inflamación del Biodiesel es de 300°F comparado con el punto de inflamación del 
Petrodiesel que es de 120 a 160°F. Es incluso más seguro de almacenar que el propio 
combustóleo que tiene un punto de inflamación de 150 a 240°F. Y el punto de flash del gas 
natural es de (– 222.0 °C) lo que lo hace un compuesto sumamente inflamable. 
 
El beneficio se presenta ya que el punto de inflamación de un químico es la 
temperatura mínima a la cual un líquido despide vapores inflamables al aire y estos vapores 
pueden incendiarse. Una sustancia con punto de flash de 38 °C o menor se considera 
peligrosa; entre 38 °C y 93 °C, moderadamente inflamable; mayor a 93 °C la 
inflamabilidad es baja (combustible). 
 
 
Combustible Temperatura Flashpoint 
(F) 
Temperatura Flashpoint 
(C) 
Biodiesel 300 120 – 160 
Petrodiesel 148.88 48.8 – 71.11 
Gas Natural -364 -220 
 
Tabla 4.1.2. Comparación del flashpoint 
 
 
En cuanto a las propiedades lubricantes, el Biodiesel es muy superior al Petrodiesel 
lo cual ha sido demostrado en pruebas que realizan los productores del Petrodiesel, la mas 
 43
comúnmente empleada por los refinadores de petróleo de Estados Unidos es la prueba 
llamada "High Frecuency Reciprocating Rig" o HFRR con base en la cual se ha estimado 
que la vida de los motores alimentados con Biodiesel podría ser de hasta el doble de la que 
tendrían si fueran alimentados con Petrodiesel. Se estima que las cualidades lubricantes del 
Petrodiesel irán disminuyendo conforme los requisitos de contenido de azufre vayan siendo 
más estrictos, de tal forma que algunos refinadores de petróleo ya están agregando aditivos 
al Diesel para mejorar sus propiedades de lubricación. 
 
En adición a todas estas ventajas, el Biodiesel puede emplearse en los motores a 
Diesel convencionales sin requerir modificación alguna, lo que facilita grandemente su 
introducción al mercado ya sea al 100% (B100) o mezclado con el Petrodiesel, siendo la 
proporción más frecuente al 20% en el llamado B20, que incluye 20% de Biodiesel y 80% 
de Petrodiesel. 
 
Los derrames de este combustible en ríos y mares resultan mucho menos 
contaminantes ya que es fácilmente biodegradable, se degrada biológicamente el 85% en 
sólo 4 semanas, debido a lo anterior el Biodiesel es ideal para emplearse en motores de 
barcos y lanchas y transportes en parques nacionales, bosques y sobre todo en las grandes 
ciudades. 
 
 
 
 
 
 44
PLANTA Kg. DE ACEITE/ 
HECTÁREA 
Maíz 
Algodón 
Cáñamo 
Soya 
Linaza 
Mostaza 
Girasol 
Cacahuate 
Colza 
Ricino 
Jojoba 
Coco 
Palma 
145 
273 
305 
375 
402 
481 
800 
890 
1000 
1188 
1528 
2260 
5000 
 
Tabla 4.1.3. Comparación de rendimiento típico de cosechas para producción de aceite 
vegetal. 
 
 
La tabla 4.1.3. Muestra una lista de los aceites vegetales que son factibles de 
emplear como materia prima para la producción del Biodiesel y los rendimientos en 
producción de aceite por hectárea, de tal forma que dependiendo del lugar de producción 
que se seleccione puede encontrarse el cultivo idóneo para el clima específico de la 
localidad, desde la jojoba para climas desérticos hasta el aceite de coco y palma para los 
climas tropicales. 
 
 
 
 
 45
4.2. Alternativas Tecnológicas 
 
 
Las tecnologías para la producción de biodiesel se basan en la extracción del aceite 
contenido en las semillas vegetales. Para obtener aceite a partir de las semillas son 
prensadas mecánicamente y el proceso se puede complementar mediante una extracción 
química que emplea solventes para aumentar el rendimiento. 
 
 
Materia 
prima 
Combustibles 
($/ton) (a) Tecnología Escala 
Costos de 
inversión(US$/MW9)©
Costo 
unitario 
(US$/MW) 
© 
Costo 
producto 
(US$/MWh) 
(b) 
Aceite 
de Soya 494 
Plantas 
basadas en 
aceite de soya
287,865 
MW 
(182,500 
ton/año) 6,000,000 21 
57.4 (US$ 
0.57/lt B20)
Plantas basadas en 
aceite de girasol 
Semiindustrial
5,200 
MW 
(3,300 
ton/año) 290 56 
Industrial, 
bajo costo 
34,700 
MW 
(22,000 
ton/año) 1,450,000 42 
Aceite 
de 
girasol 
 
 
 
525 
 
 
 Industrial 
34,700 
MW 
(22,000 
ton/año) 5,510,000 159 
52.3 (US$ 
0.52/lt B20) 
 
 
 
Tabla 4.2.1. Tipo de recurso y tecnología para la obtención de biodiesel 
 
 
 46
La tabla 4.2.1. Muestra el tipo de recurso y de tecnología comúnmente empleada 
para la obtención del biodiesel, y los costos esperados en la tecnología y en el producto. 
Los procesos basados en aceite de soya producen biodiesel a un costo del orden de los $ US 
0.57/1 para una producción de 182,500 ton/año; en tanto que los procesos basados en aceite 
de girasol producen biodiesel a un costo promedio de $ US 0.52/1 para diferentes 
capacidades. 
 
 
4.3. Desarrollo económico 
 
 
La economía de producción del Biodiesel es muy dependiente del crédito 
obtenido por la venta de la glicerina la cuales un subproducto. En la actualidad, 
debido a la baja producción de Biodiesel a nivel mundial, la cantidad de glicerina producida 
no tiene impacto significativo en el mercado, sin embargo si el mercado del Biodiesel 
continua creciendo, el suministro de glicerina empezará eventualmente a aparecer 
subvalorada, los precios de la glicerina disminuirán y los costos del Biodiesel aumentarán. 
Una opción consiste en desarrollar posibilidades de uso alternas para la glicerina, de tal 
forma que el mercado de este producto amplíe también sus horizontes. 
 
 
En la siguiente grafica vemos que el aumento de producción del biodiesel ha 
aumentado a más del doble en comparación con el año de 1997, que queremos decir con 
 47
esto, que en seis años se duplico mas de la mitad de su producción y analizando para este 
año 2006 se espera que aumente a un 200% de su producción y para el año 2012 en un 
400%. 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
M
 T
on
/A
ño
 
Figura 4.3.1. Crecimiento de la producción de biodiesel, 1992-2002 
 
La comparación de competitividad, mostrada en la sección de costos, se basa en 
precios de crudo del orden de 24 a 30 dólares por barril, considerando que los precios del 
crudo actuales podrían ser anormalmente altos. 
 
Cabe mencionar que se estimaba que los precios altos del 2003 y 2004 no se 
conservarán por mucho, sin embargo esto no ha sido así y existe un buen porcentaje de 
posibilidades que los precios internacionales del crudo no vuelvan a los niveles de precios 
mencionados antes. Esto nos obliga a hacer un ejercicio de sensibilidad con precios del 
petróleo del orden de los 50 dólares el barril, al menos como referencia para evaluar 
justamente las posibilidades que tiene el Biodiesel de convertirse en económicamente 
viable o que requiera menores niveles de estimulación fiscal y/o subsidios 
gubernamentales. 
 48
4.4. Proceso de Producción del biodiesel 
 
 
El biodiesel puede elaborase esterificando una mezcla de 80% a 90 % de aceite o 
grasa animal, con 10 a 20% de metanol y 0.35 a 1.5% de un agente catalizador a 
temperatura controlada, su poder calorífico es ligeramente menor al poder calorífico del 
diesel, lo cual ocasiona una disminución del 5% en la potencia del motor donde es usado, 
sin embargo no hay un cambio perceptible en el comportamiento de los vehículos. 
 
El aceite vegetal proveniente de almacenamiento es precalentado a 
aproximadamente 70°C, se pasa al tanque de retención donde se pone en contacto con sosa 
cáustica al 9.5% en peso para eliminar los ácidos grasos libres, después es lavado con agua 
precalentada a 70°C. La mezcla a dos fases del tanque de retención se separa por 
centrifugación, enviando la fase acuosa a tratamiento de efluentes. 
El aceite refinado se alimenta a un secador a vacío, el agua recuperada del domo es 
condensada y enviada también a tratamiento, mientras que el aceite refinado seco se envía a 
almacenamiento intermedio. 
El aceite refinado seco se somete a una reacción de esterificación en dos etapas. Se 
alimenta metanol fresco y reciclado al tanque de mezclado donde se agrega hidróxido de 
potasio como catalizador, como alternativa de catalizador se puede usar hidróxido de sodio 
o metóxido de sodio. Se emplea una relación 2:1 molar en exceso de metanol, el catalizador 
se mantiene en una proporción del 10% en peso relativo al metanol de alimentación. Esta 
mezcla se alimenta junto con el aceite al reactor de esterificación de primera etapa el cuál 
es calentado por medio de un serpentín de vapor. 
 49
El efluente de la primera etapa es separado en un sedimentador de donde la fase 
orgánica superior se separa y envía al reactor de esterificación de segunda etapa, mientras 
que la fase inferior se envía a recuperación de glicerina. 
 
En el reactor de ésterificación de segunda etapa se alimenta metanol adicional y 
catalizador, también este reactor cuenta con serpentín de calentamiento con vapor y el 
efluente se envía al segundo separador. La fase inferior se envía a recuperación de 
glicerina, mientras que la fase orgánica superior pasa a lavado del éster. La temperatura de 
ambas etapas de reacción se mantiene en 60°C, siendo la presión de operación cercana a la 
atmosférica. 
 
En la operación de lavado, el metil éster se pone en contacto con agua a 70°C en 
tres columnas en paralelo en contracorriente. La fase acuosa del fondo de las columnas se 
envía a recuperación de glicerina. La fase acuosa del domo de las columnas lavadoras se 
envía a separación por sedimentación, donde nuevamente la fase acuosa inferior se envía a 
recuperación de glicerina. La fase orgánica superior es precalentada y después secada a 
vacío en un secador calentado por vapor. El vapor de la parte superior del secador es 
condensado y enviado a tratamiento de agua. 
 
El Biodiesel producto se obtiene por el fondo del secador y es enviado a 
almacenamiento. La producción másica de Biodiesel es aproximadamente el 96% de la 
masa de aceite alimentado. 
 
 
 50
TANQUE
DE 
RETENCIÓN
ACEITE
CRUDO
SEPARADOR
SECADOR 
A VACÍO
ESTERIFICACIÓN 
1a ETAPA
ACEITE 
REFINADO 
SECO
ESTERIFICACIÓN 
2a ETAPA
SEPARADOR
TANQUE DE 
MEZCLADO
SEPARADOR
LAVADO 
DE ESTER
SEPARADOR
SECADOR 
A VACÍO
AGUA
SOSA VAPOR
VAPOR
METANOL
METANOL
RECICLADO
KOH/ METOXIDO
DE SODIO
CATALIZADOR
AGUA
VAPOR
GLICERINA
BIODIESEL PRODUCTO
AGUA A TRATAMIENTO
A.E.
A.E.
VAPOR
Esquema de ProducciEsquema de Produccióón del Biodieseln del Biodiesel
 
 
Figura 4.4.1. Esquema de Producción del Biodiesel 
4.5. Costos 
 
 
Un estudio realizado en dos plantas de escala comercial para la producción de 
Biodiesel a partir de aceite de soya y una planta de producción de Petrodiesel de ultra bajo 
contenido de azufre (15ppm) reporta una notable desventaja en términos de costos para el 
Biodiesel ya que el costo total incluyendo materias primas, servicios auxiliares, costos de 
operación, depreciación y costo de retorno de capital para este combustible resultó ser de 
aproximadamente 2.20 Dólares/galón, mientras que para el Petrodiesel resultó de 0.85 
Dólares/galón (considerando un precio de crudo de 30 dólares por barril). 
 
 
 51
Un ejercicio simplificado considerando el precio internacional del crudo de 50 
dólares por barril, implicaría un costo de producción del Petrodiesel de 1.42 dólares por 
galón y de aproximadamente 1.70 considerando el crudo a 60 dólares. 
 
 
Se debe notar, además, que el factor escala de producción es muy diferente en la 
comparación, ya que la planta de Petrodiesel considerando fue una de 30,000 BPD de 
capacidad (1,500 miles de toneladas al año), mientras que la planta de Biodiesel tenía una 
capacidad de 1,900 BPD (100 mil toneladas al año) es decir, hay un efecto de escala de 15 a 
1, sin embargo en la actualidad hay que reconocer que no es factible encontrar una planta 
de Petrodiesel de 2,000 BPD o una planta de Biodiesel de 30,000 BP 
 
 
La inversión unitaria de la planta para cada una de las dos alternativas refleja esta 
situación. El costo unitario de la planta de Biodiesel es de 36,300 Dólares/barril, mientras 
que para el Petrodiesel es de 3,950 Dólares/barril. 
 
 
Otro factor importante a considerar es que actualmente los métodos de cultivo, 
recolección y producción de aceite vegetal no están concebidos para el consumo masivo de 
este producto y por lo tanto resultan en costos de materias primas extremadamente altos, el 
costo del aceite de soya representa una fracción importante del costo (85%). 
 
 52
En nuestro país ya existe la primera planta piloto con fines comerciales 
desarrollado por el personal del Departamento de Física del centro de Estudios de 
Energía del Instituto Tecnológico de Estudios Superiores De Monterrey (ITESM), en 
colaboración con la empresa Grupo de Energéticos. Elbiodiesel es elaborado con base 
en sebo de res, metanol y sosa cáustica. 
 
 
4.6. Sustitución de Diesel y Gas Natural por Biodiesel 
 
4.6.1. ¿Por qué usar biodiesel como fuente de energía alterna? 
 
 
En la actualidad los riesgos de origen químico, a los que se encuentran 
sometidos la sociedad, el medio ambiente, los problemas económicos y 
gubernamentales, el desarrollo cultural, y las ganas de ser un país de éxito entre otras 
no ha sido muy sustancial ya que se han desperdiciado muchos recursos y las pocas 
oportunidades que se han tenido para una mejora del país se han desaprovechado. 
 
A pesar de los organismos reguladores y de todo lo que existe es necesario que 
la misma sociedad participe activamente principalmente en el desarrollo de nuevas 
alternativas de combustibles ya que la preocupación mas grande del país actualmente 
son las estadísticas que existen sobre el petróleo que es la fuente mas grande para 
generar dinero y empleos se esta agotando . 
Entre otros análisis podemos ver que el biodiesel es un muy buen combustible 
alternativo ya sea por sus buenas propiedades y observando los intereses de otros países, 
 53
sus investigaciones ya son muy avanzadas para las mejoras de este biocombustible. 
Podemos pensar entonces, quien invertiría en algo que no funciona. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 54
CAPITULO 5. EVALUACIÓN PRÁCTICA EN CALENTADORES A FUEGO 
DIRECTO. 
 
 
A continuación explico como llevar a cabo la evaluación para tres distintos combustibles 
entre ellos el BIODIESEL. 
 
 
 5.1 Evaluación 
 
 
El estudio tiene como finalidad analizar mediante un diagnostico energético del 
calentador de carga de nafta, BA-501A/D, de la planta Reformadora de Naftas 
perteneciente a la Refinería “Gral. Lázaro Cárdenas del Río”, localizada en Minatitlán, 
Ver., e identificar las principales oportunidades para el mejoramiento de la eficiencia 
energética y productividad. 
 
 
Todo esto con la finalidad de evaluar su eficiencia en operación actual para 
posteriormente demostrar la capacidad de sustituir combustibles no renovables, se 
presentaran tres evaluaciones comparativas, dos utilizando combustibles derivados del 
petróleo y uno empleando el combustible propuesto. 
 
 
 55
Con la finalidad de comparar los potenciales de este nuevo combustible se llevaran 
a cabo las evaluaciones utilizando la metodología “Evaluación energética en Calentadores a 
Fuego Directo utilizando el procedimiento indicado en el código internacional API-
560“disponible en www.conae.gob.mx. 
 
 
A continuación se describirán cada uno de los procesos de evaluación, los resultados 
de dicha evaluación y su tabla comparativa con las eficiencias obtenidas, así como un 
comparativo de los beneficios económicos que se pueden obtener con la implementación 
del nuevo combustible. Los resultados de dicha simulación en el ANEXO 1. 
 
 
Para la evaluación de los procesos con cada uno de los combustibles, se utilizo un 
software el cual funciona registrando datos tomados en planta que fueron registrados y 
solicitados en la metodología, algunos de estos datos son: flujo del combustible, presión de 
los combustibles en los quemadores, temperatura del combustible, temperatura del medio 
de atomización, % de perdidas en paredes, entre otros datos, los resultados que me 
proporcionara será un diagrama sankey con las perdidas en las chimeneas por gases 
calientes, las perdidas a través de las paredes, la energía aportada por el combustible y la 
energía demandada por el proceso y todo esto en unidades de energía 
 
 
 
 
 56
Diagrama 5.1.1.Secuencia General para Evaluación Energética para los CFD 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORMATOS DATOS DE DISEÑO 
(η DISEÑO)
EQUIPO DE 
MEDICIÓN Y 
SEGURIDAD 
INSPECCIÓN 
VISUAL FORMATOS 
FORMATOS 
DATOS DE CAMPO
INICIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EVALUACIÓN 
VISUAL (ESTADO 
FISICO ACTUAL DEL 
C.F.D.) 
EVALUACIÓN 
ANALÍTICA 
(�OPERACIÓN) APOYO 
HERRAMIENTA 
ELECTRÓNICA 
DE CÁLCULO 
(�OPERACIÓN) 
APOYO 
SECUENCIAS DE 
OPERACIÓN 
“MANUAL AJUSTES 
DE EXCESO DE 
AIRE” 
FORMATOS 
IDENTIFICACIÓ
N DE 
RECOMENDACI
ONES a) 
PLAN DE ACCIÓN
EVALUACIÓN 
TÉCNICO-ECONÓMICA 
DE LAS 
RECOMENDACIONES
REPORTE
 57
5.2 Desarrollo de los casos 
 
 
Como ya se menciono los CFD son los componentes que requieren el mayor 
consumo de energía en las plantas de refinación. Esto implica que su administración 
energética debe ser enfocada sobre el análisis de los principios termodinámicos en los que 
se fundamente su comportamiento y criterios de ingeniería con los que se diseñan estos 
equipos. Diversos factores son claves en su funcionamiento para alcanzar una operación 
óptima en los centros de trabajo, así también, otros factores influirán para lograr una 
adecuada modernización en los existentes. 
 
Típicamente, las pérdidas más importantes asociadas con la operación de los CFD 
es la energía que sale con los gases de chimenea. Esta pérdida esta relacionada con la 
temperatura de los gases de desfogue y la cantidad de exceso de aire suministrado en el 
proceso de combustión, existen otros factores sobre la combustión también impactan esta 
parte del proceso de conversión de energía, sin embargo, sólo serán tratados aquellos que 
afectan la operación actual del calentador bajo estudio. 
 
Continuando con los factores que impactan en el funcionamiento se debe considerar 
la “Transferencia de calor” para el servicio que presta el calentador, misma que debe ser 
analizada para lograr su principal objetivo. De poco serviría tener una eficiencia elevada 
en el proceso de combustión, si el calor que ha proporcionado el combustible, no es 
 58
aprovechado eficientemente, además, esta ineficiencia en la transferencia puede 
provocar indirectamente una inestabilidad en el control de su operación, altos riesgos 
o paros no programados. Las pérdidas de transferencia de calor a partir de la coraza del 
calentador es también un área de administración de pérdidas potenciales. 
 
 
5.3. Análisis energético del Calentador BA-501-D 
 
 
El Análisis energético aplicado al Calentador BA-501A-D, cuyo servicio es el de 
calentar la carga a los reactores de reformación DC-501A-D, para este análisis se 
utilizaron, reportes de operación del calentador, información de la ingeniería existente 
(DTI´s, planos, dibujos, hojas de datos) y el análisis químico de gases de chimenea del 
calentador. 
 
 
El Calentador BA-501A-D tiene las siguientes características desde su diseño 
original, ver la tabla 5.3.1. El calentador es tipo caja horizontal, formado por cuatro 
secciones en la zona de radiación (separadas físicamente por paredes), las cuales se 
describen como BA–501A, BA–501B, BA–501C y BA–501D, cada una de estas 
secciones calienta la carga para cada uno de los reactores DC–501A, DC–501B, DC–
501C y DC–501D. La sección de convección del calentador, da servicio para la generación 
de vapor sobrecalentado. 
 59
 60
El combustible utilizado actualmente en el calentador es gas y su composición, así como 
poder calorífico y peso molecular son mostrados en la tabla. 
 
 
(1) Eficiencia global del calentador de diseño original 
Calentador 
(sección) 
Duty de 
Diseño 
MM 
BTU/Hr 
Eficiencia de 
diseño 
% 
Por ciento 
de exceso 
de aire 
Tiro disponible 
en quemador 
In. H2O 
Temperatura de gases de 
chimenea °C (salida de 
convección) 
BA – 501A. 25.89 84
(1)
20(2) 0.54 273.8 
BA – 501B. 35.26 0.44 
BA – 501C. 25.23 0.54 
BA – 501D. 10.80 0.44 
Convección 71.56 0.1 (en 
puente) 
 
 
 
 
 
 
(2) Dato de diseño original. 
Tabla 5.3.1. Características de diseño del calentador BA - 501 A-D. 
Fecha H2S H2 Aire C1 C2 C2
= C3 C3
= iC4 nC4 iC5 nC5 C6
+ % Mol Calor estandar
poder calorifico 
a cond. Std. 
Peso 
Molecular
Densidad a 
STD Aire teorico