2023_Tesis_Julian_Castro

•

SIN SIGLA

Luisangel Corazon

12/5/2024

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EVALUACION DE OPORTUNIDADES TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO EN UN
CASO DE ESTUDIO DE PISCICULTURA A PEQUEÑA ESCALA EN SANTANDER

JEFFERSSON JULIAN CASTRO VASQUEZ
LIBETH ANDREA HERNANDEZ FRANCO

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BUCARAMANGA
FACULTAD DE INGENIERIA FISICO-MECANICA
PROGRAMA DE INGENIERIA EN ENERGÍA
BUCARAMANGA
2022

EVALUACION DE OPORTUNIDADES TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO EN UN
CASO DE ESTUDIO DE PISCICULTURA A PEQUEÑA ESCALA EN SANTANDER

JEFFERSSON JULIAN CASTRO VASQUEZ
LIBETH ANDREA HERNANDEZ FRANCO

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO EN ENERGÍA

DIRECTOR DEL TRABAJO DE GRADO
PH, D. YECID ALFONSO MUÑOZ MALDONADO
CO-DIRECTOR DEL TRABAJO DE GRADO
PH, D. ALEXANDER MENESES JACOME
ASESOR DEL TRABAJO DE GRADO
ING. MIGUEL ANGEL DE LA ROSA GARCIA

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BUCARAMANGA
FACULTAD DE INGENIERIA FISICO-MECANICA
PROGRAMA DE INGENIERIA EN ENERGÍA
BUCARAMANGA
2023

Nota de Aceptación

Presidente del Jurado

Jurado

Bucaramanga, 26 de enero del 2023

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mis padres Miguel Ángel Hernández y Adriana franco Alzate, quienes
construyeron las bases de la persona que soy.

Al Doctor Yecid Alfonso Muñoz, al Doctor Alexander Meneses e Ingeniero Miguel de la Rosa
por su guía en el desarrollo del proyecto de grado, al equipo de trabajo de UNAB Ambiental
quienes nos brindaron indicación y equipos necesarios, a mi compañero de tesis Jefferson
Julián Castro por su dedicación.

Finalmente, agradezco a Manuel Mendoza por brindarnos el espacio y consentimiento para
realizar el proyecto de grado.
Libeth Andrea Hernández Franco

Agradezco a mis padres Fredy Castro Jaimes y Maribel Vásquez Sánchez por su apoyo
incondicional durante el transcurso de mi etapa como estudiante de Ingeniería, a mis
hermanas y toda mi familia que me dieron apoyo durante estos años de estudio.

Agradezco a los docentes de la facultad de Ingeniería en Energía que como docentes me
guiaron para la adquisición de mis actuales conocimientos en especial al Doctor Yecid Alfonso
Muñoz, Doctor Alexander Meneses, Ingeniero Miguel de la Rosa y el laboratorio de Unab
Ambiental nos guiaron con sus conocimientos durante la investigación del proyecto de grado.

Agradezco a mi compañera de proyecto de grado Libeth Andrea Hernández por su
compromiso con el mismo, a su familia en especial a Manuel quien nos brindó un espacio de
investigación en la piscícola San Andrés y su interés en las energías renovables.

Jefferson Julián Castro Vásquez

TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ........................................................................................................................... 12
ABSTRACT ......................................................................................................................... 13
1. INTRODUCCION ......................................................................................................... 14
2. MARCO REFERENCIAL .............................................................................................. 15
2.1 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................ 15
2.1.1 Principales variables fisicoquímicas de la calidad del agua ............................ 16
2.1.2 Tecnología biofloc .......................................................................................... 19
2.1.3 Aireación mecánica: tecnología en dispositivos de aireación BFT .................. 19
2.1.4 Factores para la selección del tipo de aireador ............................................... 21
2.1.5 Sistemas Grid-Tied fotovoltaico en sectores agroindustriales. ........................ 23
2.2 MARCO REGULATORIO ...................................................................................... 24
2.3 ANTECEDENTES.................................................................................................. 26
3. OBJETIVOS ................................................................................................................. 27
4. METODOLOGÍA .......................................................................................................... 28
5. DESARROLLO ................................................................................................................ 29
5.1 REVISIÓN ENERGÉTICA .......................................................................................... 29
5.2 Diagnóstico e identificación de OPM .......................................................................... 37
5.3 EVALUACIÓN FINANCIERA DE OPM ....................................................................... 64
CONCLUSIONES ................................................................................................................ 67
RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 68
REFERENCIAS ................................................................................................................... 69
ANEXOS .............................................................................................................................. 72

LISTA DE TABLAS
Pág.
TABLA 1. EFECTOS DE LA CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO EN PECES DE
AGUAS CÁLIDAS. ....................................................................................................... 17
TABLA 2. EFECTOS DEL PH DE LAS AGUAS EN LOS PECES Y OTROS ORGANISMOS
ACUÁTICOS. ............................................................................................................... 18
TABLA 3. POBLACIÓN DE MOJARRA ROJA Y # DE ESPECIES POR TANQUE. ............. 30
TABLA 4. EQUIPOS DE SUMINISTRO DE OXÍGENO A LOS TANQUES. ......................... 31
TABLA 5. PARAMETROS ECONÓMICOS .......................................................................... 32
TABLA 6. HISTORIAL CONSUMO PISCÍCOLA Y RECIBO. ................................................ 37
TABLA 7. USEN OPORTUNIDADES DE MEJORA ............................................................. 40
TABLA 8. INDICADORES PISCÍCOLAS .............................................................................. 44
TABLA 9. PARAMETROS COMPARTIDOS PARA OBTENER EL SAE DEL SPLASH Y
BLOWER. .................................................................................................................... 45
TABLA 10. PARAMETROS INDEPENDIENTES PARA OBTENER EL SAE DEL SPLASH Y
BLOWER. .................................................................................................................... 45
TABLA 11. PARAMETROS BASE CARACTERIZACIÓN D.O PISCÍCOLA. ........................ 45
TABLA 12. CONSUMO MENSUAL ACTUAL DE PISCICULTURA Y POTENCIA
NORMALIZADA. .......................................................................................................... 46
TABLA 13. POTENCIA REQUERIDA Y ACTUAL POR TANQUE. ....................................... 47
TABLA 14. NUEVA PRODUCCIÓN DE O2 Y PARTICIPACIÓN DE NUEVOS EQUIPOS POR
TANQUE. ..................................................................................................................... 47
TABLA 15. OPM OPERACIONAL DESCRIPCIÓN. ............................................................. 47
TABLA 16. OPERACIÓN DE LA OPM OPERACIONAL. ..................................................... 48
TABLA 17. ANÁLISIS FINANCIERO DE OPM OPERACIONAL. ......................................... 48
TABLA 18. ESCENARIO NO 01 ON - GRID. ....................................................................... 61TABLA 19. ESCENARIO NO 02 OFF-GRID. ....................................................................... 62
TABLA 20. ESCENARIO NO 03 ON - GRID + BATERÍAS. ................................................. 63
TABLA 21. ESCENARIO NO 04 ON - GRID + GRUPO ELECTRÓGENO. ......................... 63
TABLA 22. RESULTADOS FINANCIEROS DE ESCENARIOS. .......................................... 65
TABLA 23. CUMPLIMIENTO DE CRITERIOS DE SELECCIÓN. ......................................... 65
TABLA 24. OPM FINALES................................................................................................... 65
TABLA 25. ANÁLISIS DE CORRELACIONES VARIABLES FISICOQUÍMICAS. ................. 66
TABLA 26. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS DEL CULTIVO PISCÍCOLA PARA
OXIGENACIÓN. ........................................................................................................... 73
TABLA 27. TABLAS DE EQUIPOS DE AIREACIÓN............................................................ 74
TABLA 28. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS DEL CULTIVO PISCÍCOLA PARA
OTRAS. ....................................................................................................................... 75
TABLA 29. INFORMACIÓN DE PLACAS DEL GENERADOR Y LA MOTO-BOMBA. .......... 75
TABLA 30. CURVA DE CARGA DIARIA FINCA SAN ANDRÉS. ......................................... 77
TABLA 31. HISTÓRICO DE CONSUMO ELÉCTRICO MENSUAL. ..................................... 78
TABLA 32. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE DE ALEVINES............. 80
TABLA 33. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE DE ALEVINES. ........... 80
7

TABLA 34. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 01. ........................ 81
TABLA 35. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 01. ........................ 81
TABLA 36. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 02. ........................ 81
TABLA 37. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 02. ........................ 82
TABLA 38. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 03. ........................ 82
TABLA 39. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 03. ........................ 83
TABLA 40. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 03 DISMINUYENDO
SU POBLACIÓN. ......................................................................................................... 83
TABLA 41. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 03 DISMINUYENDO
SU POBLACIÓN. ......................................................................................................... 84
TABLA 42. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 04. ........................ 84
TABLA 43. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 04. ........................ 84
TABLA 44. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 05. ........................ 85
TABLA 45. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 05. ........................ 85
TABLA 46. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO MUERTO TANQUE NO 06. ........................ 86
TABLA 47. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PUNTO AGITADO TANQUE NO 06. ........................ 86
TABLA 48. PARAMETROS D.O COMPLETOS TANQUES PISCICULTURA. .................. 128

LISTA DE ILUSTRACIONES
Pág.
ILUSTRACIÓN 1. AIREADOR DE PALETAS....................................................................... 19
ILUSTRACIÓN 2. AIREADOR TIPO SPLASH. .................................................................... 19
ILUSTRACIÓN 3. AIREADOR TIPO INYECTO-PROPULSOR ............................................ 20
ILUSTRACIÓN 4. AIREADOR TIPO BLOWER. ................................................................... 20
ILUSTRACIÓN 5. BOQUILLAS INYECTORAS. ................................................................... 20
ILUSTRACIÓN 6. SISTEMA INTERCONECTADO A LA RED O GRID-TIED. ..................... 23
ILUSTRACIÓN 7. CURVAS DE CARGA EN SISTEMAS GRID-TIED. ................................. 24
ILUSTRACIÓN 8. LEY 1715 DEL 2014................................................................................ 25
ILUSTRACIÓN 9.. INFRAESTRUCTURA FÍSICA DEL CULTIVO PISCÍCOLA FINCA SAN
ANDRÉS. ..................................................................................................................... 29
ILUSTRACIÓN 10. DIMENSIONAMIENTO EN SOLIDWORKS DE PISCÍCOLA ................. 30
ILUSTRACIÓN 11. UBICACIÓN EQUIPOS AIREADORES EN LOS TANQUES ................. 31
ILUSTRACIÓN 12. POTENCIAL ENERGÉTICO SOLAR DE GUADALUPE-SANTANDER
FUENTE: DE GLOBAL SOLAR ATLAS ....................................................................... 35
ILUSTRACIÓN 13. POTENCIAL EÓLICO DE GUADALUPE - SANTANDER/ TOMADA DEL
GLOBALWINDATLAS. ................................................................................................. 35
ILUSTRACIÓN 14. BIOMASA DE CASCARAS DE CAFÉ FINCA SAN ANDRÉS. ............... 36
ILUSTRACIÓN 15. CARACTERÍSTICAS DEL TRASFORMADOR ELÉCTRICO DE LA
FINCA SAN ANDRÉS. ................................................................................................. 36
ILUSTRACIÓN 16. REPRESENTACIÓN TANQUE CON BLOWER MARCADO CON LOS
PUNTOS DE O2 MUERTO Y AGITADO. ...................................................................... 50
ILUSTRACIÓN 17. REPRESENTACIÓN TANQUE CON SPLASH MARCADO CON LOS
PUNTOS DE O2 MUERTO Y AGITADO. ...................................................................... 50
ILUSTRACIÓN 18. REPRESENTACIÓN TANQUE CON SPLASH TIPOS DE SISTEMAS. 51
ILUSTRACIÓN 19. RELACIÓN DE D.O Y T TANQUE NO 05 FUENTE: ELABORACIÓN
PROPIA ....................................................................................................................... 52
ILUSTRACIÓN 20. FINCA SAN ANDRÉS, GUADALUPE- SANTANDER ............................ 72
ILUSTRACIÓN 21. TANQUES DE LA PISCÍCOLA. ............................................................. 73
ILUSTRACIÓN 22. PANEL DE CONTROL DE AIREADORES FUENTE: ELABORACIÓN
PROPIA. ...................................................................................................................... 74
ILUSTRACIÓN 23. PINZA AMPERIMÉTRICA. .................................................................... 76
ILUSTRACIÓN 24. PIRANÓMETRO. .................................................................................. 76
ILUSTRACIÓN 25. . MEDIDOR MULTIPARÁMETRO HI98194. .......................................... 79
ILUSTRACIÓN 26. FLUJO DE CAJA PERIODO ACTUAL DE OPERACIÓN. ..................... 90
ILUSTRACIÓN 27. FLUJO DE CAJA PERIODO PROYECTADO DE OPERACIÓN. ........... 90
ILUSTRACIÓN 28. PANEL SOLAR TIGER PRO 72HC ....................................................... 91
ILUSTRACIÓN 29. ESPECIFICACIONES PANEL SOLAR TIGER PRO 72HC ................... 92
ILUSTRACIÓN 30. FICHA TÉCNICA INVERSOR HUAWEI. ............................................... 93
ILUSTRACIÓN 31.FICHA TÉCNICA INVERSOR HUAWEI FUENTE: HUAWEI. ................. 94
ILUSTRACIÓN 32.FICHA TÉCNICA INVERSOR PV3300 TLV. ......................................... 95
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9

ILUSTRACIÓN 33.FICHA TÉCNICA INVERSOR PV3300 TLV. ......................................... 96
ILUSTRACIÓN 34. FICHA TÉCNICA REGULADOR HUAWEI. ........................................... 97
ILUSTRACIÓN 35. FICHA TÉCNICA REGULADOR HUAWEI. ........................................... 98
ILUSTRACIÓN 36. FICHA TÉCNICA BATERÍA SHOTO, LITIO. ......................................... 99
ILUSTRACIÓN 37.FICHA TÉCNICA BATERÍA SHOTO, LITIO. ........................................ 100
ILUSTRACIÓN 38. FICHA TÉCNICA GENERADOR DIÉSEL YANGDONF. ..................... 101
ILUSTRACIÓN 39. FICHA TÉCNICA GENERADOR DIÉSEL YANGDONG. ..................... 102
ILUSTRACIÓN 40. INFORME PVSYST ESCENARIO NO 01. ........................................... 103
ILUSTRACIÓN 41. INFORME PVSYST ESCENARIO NO 1. ............................................. 104
ILUSTRACIÓN 42.INFORME PVSYST ESCENARIO NO 2. .............................................. 105
ILUSTRACIÓN 43. INFORME PVSYST ESCENARIO NO 2. ............................................. 106
ILUSTRACIÓN 44.INFORME PVSYST ESCENARIO NO 3. .............................................. 107
ILUSTRACIÓN 45. INFORME PVSYST ESCENARIO NO 3. ............................................. 108
ILUSTRACIÓN 46.INFORME PVSYST ESCENARIO NO 4 ............................................... 109
ILUSTRACIÓN 47. INFORME PVSYST ESCENARIO NO 4. ............................................. 110
ILUSTRACIÓN 48. APUˈS ESCENARIO NO 01. ............................................................... 111
ILUSTRACIÓN 49. APUˈS ESCENARIO NO 01. ............................................................... 112
ILUSTRACIÓN 50. APUˈS ESCENARIO NO 02. ............................................................... 112
ILUSTRACIÓN 51. APUˈS ESCENARIO NO 02. ............................................................... 113
ILUSTRACIÓN 52. APUˈS ESCENARIO NO 03. ............................................................... 114
ILUSTRACIÓN 53. APUˈS ESCENARIO NO 03 FUENTE: COTIZACIÓN SOLICITADA. .. 115
ILUSTRACIÓN 54.APUˈS ESCENARIO NO 04. ................................................................ 115
ILUSTRACIÓN 55. APUˈS ESCENARIO NO 04. ............................................................... 116
ILUSTRACIÓN 56. CALCULO FINANCIERO ESCENARIO NO 01. .................................. 117
ILUSTRACIÓN 57. CALCULO FINANCIERO ESCENARIO NO 02. .................................. 118
ILUSTRACIÓN 58. CALCULO FINANCIERO ESCENARIO NO 03. .................................. 119
ILUSTRACIÓN 59. CALCULO FINANCIERO ESCENARIO NO 04. .................................. 120
ILUSTRACIÓN 60. CALCULO FINANCIERO ESCENARIO NO 04. .................................. 121
ILUSTRACIÓN 61.DIAGRAMA UNIFILAR ESCENARIO NO 01 Y NO 04. ........................ 122
ILUSTRACIÓN 62.DIAGRAMA UNIFILAR ESCENARIO NO 02. ....................................... 123
ILUSTRACIÓN 63.DIAGRAMA UNIFILAR ESCENARIO NO 03. ....................................... 124
ILUSTRACIÓN 64. DIAGRAMA DE SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS. ...... 125
ILUSTRACIÓN 65. DISTRIBUCIÓN DE PANELES FINCA SAN ANDRÉS. ....................... 126
ILUSTRACIÓN 66. TABLA COLUMNA DE AGUA POR TAMAÑO DE TILAPIA(G) Y T (°C)
................................................................................................................................... 127
ILUSTRACIÓN 67. PRUEBAS DE OXÍGENO DETERMINAR RC Y RF. ........................... 128

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10

LISTA DE ECUACIONES
Pág.
ECC 1.MORTALIDAD DE PECES. ...................................................................................... 18
ECC 2. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO ............................................ 21
ECC 3. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO EN AGUA A 20°C ............... 21
ECC 4. TASA ESTÁNDAR DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO: ..................................... 21
ECC 5. EFICIENCIA ESTÁNDAR DEL AIREADOR ............................................................. 21
ECC 6. CONSUMO POR LOS PECES CULTIVADOS ........................................................ 22
ECC 7. FORMULA RC ......................................................................................................... 22
ECC 8. FORMULA RF ......................................................................................................... 22
ECC 9. LÍNEA BASE TEÓRICO .......................................................................................... 41
ECC 10. INDICADOR IDEN QUE RELACIONA VOLUMEN Y POTENCIA .......................... 43
ECC 11. INDICADOR RELACIÓN VOLUMEN Y POTENCIA MÁS DE UN EQUIPO POR
TANQUE ...................................................................................................................... 43
ECC 12. CORRECCIÓN POR VOLUMEN CASO DE MÁS DE UN EQUIPO DE AIREACIÓN.
..................................................................................................................................... 43
ECC 13. CORRECCIÓN POR ENERGÍA CASO DE MÁS DE UN EQUIPO DE AIREACIÓN
..................................................................................................................................... 43

LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO 1. VISITA TÉCNICA NO 01 RECONOCIMIENTO DE PISCICULTURA EN LA
FINCA SAN ANDRÉS, GUADALUPE-SANTANDER. .................................................. 72
ANEXO 2. TOMA DE DATOS EN PISCICULTURA FINCA SAN ANDRÉS, GUADALUPE-
SANTANDER. .............................................................................................................. 76
ANEXO 3. OPM CAMBIO OPERACIONAL DE EQUIPOS DE OXIGENACIÓN. ................ 90
ANEXO 4. FICHAS TÉCNICAS DE EQUIPOS. .................................................................. 91
ANEXO 5. SIMULACIONES DE PVSYST ......................................................................... 103
ANEXO 6. APUˈS ESCENARIOS. .................................................................................... 111
ANEXO 7. CALCULO FINANCIERO DE ESCENARIOS. .................................................. 117
ANEXO 8. DIAGRAMAS UNIFILARES DE ESCENARIOS. .............................................. 122
ANEXO 9. SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS. ............................................ 125
ANEXO 10.DISTRIBUCIÓN DE PANELES. ...................................................................... 126
ANEXO 11.TABLA SOLUBILIDAD DESDE T°(°C) Y SALINIDAD (%). ............................. 127
ANEXO 12.TABLA PARAMETROS D.O COMPLETOS TANQUES PISCICULTURA. ...... 128

ABREVIACIONES

AUNAP

BFT
CA
CREG
CUv
D.O
DOD
GHI
HSP
ICONTEC
IEEE
IPC
ISO
50001:2018
ISO
LCOE
NTC 2050
OPM
PR
RETIE
SAE
SIN
USEn
La Unidad Administrativa Especial Autoridad Nacional de
Acuicultura y Pesca.
Biofloc.
Calidad de Agua.
Comisión de Regulación de Energía y Gas.
Costo Unitario de la energía.
Oxígeno Disuelto.
Profundidad de Descarga (Depth of Discharge).
Irradiancia Global Horizontal.
Horas de Sol Pico.
Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación.
Instituto ingenieros Eléctricos y Electrónicos.
Índice de Precios del Consumidor.
Sistemas de gestión de la energía Requisitos con orientación para
su uso.
Organización Internacional de Normalización
Costo Nivelado de la Energía.
Norma Técnica Colombiana 2050.
Oportunidades de Mejora.
Performance Ratio (Coeficiente de Rendimiento).
Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas.
Eficiencia Estándar del Aireador.
Sistema Interconectado Nacional.
Usos Significativos de la Energía.

RESUMEN

La finca San Andrés, Guadalupe, Santander tiene problemas en el desarrollo de la piscicultura
debido a los elevados consumo de energía eléctrica que se requiere para el proceso, por esto,
se abordó dicha problemática de los altos costos asociados al consumo eléctrico de la
piscícola a pequeña escala de mojarra roja superintensiva con tanques de geomembrana en
un invernadero en proceso de construcción, el objetivo es evaluar oportunidades de mejora,
orientadas a la reducción de los costos asociados a energía eléctrica para fines de aireación
en el caso de estudio.

La metodología planteada se divide en tres etapas, la primera etapa consiste en la revisión
energética de la piscicultura con el fin de obtener la curva promedio de demanda diaria y línea
base. La segunda etapa radicó en el diagnóstico y evaluación de oportunidades de mejora, la
tercera etapa consistió en el análisis financiero en la que se destacalos criterios de bondad
financiera (VPN y TIR).

Sé propuso un indicadores conocidos en el medio como eficiencia estándar de aireación y
uno propio, él cual, relación la energía con el volumen de agua esto con los tanques
individuales, dando resultado en los casos críticos de oxigenación menor al 60% los tanques
1,2,4,5 y 6, siendo el ultimo el más grabe con una oxigenación del 30%, una densidad
poblacional alta y los indicadores SAE de 1.91 kgO2*h/kW y IDEn de 0.0035 kWh/m3.
Al llegar a los parámetros requeridos de D.O el tiempo de producción disminuye de 7 meses
a 5.5 meses generando 1 ciclos más en 1 año. La rentabilidad del período proyectado es
mayor que el periodo actual con una utilidad neta de $ 14.648.666 COP para una producción
estimada de 6 Ton pez/ciclo.
Se obtuvo 4 escenarios simulados en el software PVSyst con un criterio técnico de suplencia
mínima de 2 horas de autonomía, de lo cual resulta, los escenarios que cumplieron los criterios
de evaluación son los sistema On – grid con apoyo del Grupo Electrógeno y On – grid con
asistencia de baterías siendo este último el que posee mejores criterios de bondad financiera
en VPN y TIR en caso de que la falla eléctrica dure más de dos horas, el grupo electrógeno
con una potencia de 11 kW que se encuentra en la piscícola entraría a funcionar como
segundo respaldo en el escenario que requería de baterías.

PALABRAS CLAVE: Revisión energética, PVsyst, Fotovoltaica, Piscicultura, superintensiva,
Mojarra roja, Oxígeno, Energía renovable, tanque geomembrana.
13

ABSTRACT

The San Andrés, Guadalupe, Santander farm has problems in the development of fish farming
due to the high consumption of electrical energy that is required for the process, for this reason,
this problem of the high costs associated with the electrical consumption of the fish farm was
addressed through small-scale super-intensive redgill with geomembrane tanks in a
greenhouse under construction, the objective is to evaluate opportunities for improvement,
aimed at reducing costs associated with electricity for aeration purposes in the case study.

The proposed methodology is divided into three stages, the first stage consists of the energy
review of the fish farm in order to obtain the average daily demand curve and baseline. The
second stage was based on the diagnosis and evaluation of opportunities for improvement,
the third stage consisted of the financial analysis in which the criteria of financial goodness
(VPN and IRR) are highlighted.

I know proposed an indicator known in the environment as standard aeration efficiency and
one of its own, which relates the energy with the volume of water, this with the individual tanks,
resulting in critical cases of less than 60% oxygenation in tanks 1, 2,4,5 and 6, the last being
the most severe with 30% oxygenation, a high population density and SAE indicators of 1.91
kgO2*h/kW and IDEn of 0.0035 kWh/m3.
Upon reaching the required DO parameters, the production time decreases from 7 months to
5.5 months, generating 1 more cycles in 1 year. The profitability of the projected period is
higher than the current period with a net profit of $14,648,666 COP for an estimated production
of 6 tons of fish/cycle.

4 simulated scenarios were obtained in the PVSyst software with a technical criterion of
minimum replacement of 2 hours of autonomy, from which it results, the scenarios that met the
evaluation criteria are the On-grid system with support from the Generator Set and On-grid
with battery assistance, the latter being the one with the best financial goodness criteria in NPV
and IRR, in the event that the electrical failure lasts more than two hours, the 11 kW generator
set located in the fish farm would start working as a second backup on stage that required
batteries.

KEYWORDS: Energy review, PVsyst, Photovoltaic, Fish farming, superintensive, Redgill,
Oxygen, Renewable energy, geomembrane tank.

1. INTRODUCCION

La producción piscícola en Colombia ha incrementado un 217% del 2011 al 2022 con un
aumento de 94.771 Ton desde el 2011 de 82.622 Ton al 2022 a 179.351 Ton entre (mojarra,
trucha, cachama, camarón y otras especies), representando $USD 92.4 millones en
exportación con la participación del 58% de la producción piscícola en el año 2020 de la
mojarra roja y la plateada [1].

La piscícola San Andrés ubicado en Guadalupe – Santander posee un alto consumo de
energía eléctrica debido a que requiere de aireación artificial para su proceso, esto ocasiona
que los propietarios de este sistema de crianza tengan un alto consumo de energía eléctrica
[2] este consumo es asociado en su mayoría a los equipos de aireación siendo la aireación
un factor fundamental en el cultivo, con lo que usualmente se tiene un respaldo esto en zonas
rurales en las cuales la confiabilidad de la red puede verse afectada por épocas de lluvia.

Esta tesis de grado se propone por medio de tres etapas dar solución a la problemática
planteada, primero la revisión energética del proceso de estudio donde se evalúa el potencial
energético de la zona, se identifican los usos significativos de energía, las variables que
afectan a los USEn y análisis de las mediciones que se realizaron, La segunda etapa consistió
en el diagnóstico y evaluación de OPM en las que se definen las curvas de consumo, se
crearon los escenarios que sirven para generar un ahorro energético, implementando el uso
de energías renovables con generación distribuida a la red y la etapa 3 con el análisis
financiero en la que se seleccionó la mejor OPM por medio del escenario más competente.

2. MARCO REFERENCIAL

Se aborda desde el marco conceptual con las definiciones de piscicultura, tipos de cultivos,
las variables fisicoquímicas del proceso, equipos aireadores mecánicos, acuicultura simbiótica
con sus ventajas y desventajas, seguido por el marco regulatorio y se finaliza con los
antecedentes.

2.1 MARCO CONCEPTUAL

La piscicultura se define como las buenas praxis de la cría de peces y mariscos en cuerpos
de agua como son peceras, estanques y ríos, entre otro, dependiendo del fin por el que se
realice el cultivo se puede subdividir entre la densidad de manejo en los cuales los de mayor
densidad se caracterizan por ser por fines comerciales, mientras que a baja densidad se
puede debido a repoblamiento o restauración de un ecosistema los tipos de cultivo se pueden
ver más detallado en la Gráfica 1.

Tipos de cultivos en la
piscicultura
Densidad y Manejo
Extensivos
Repoblami
ento
natural
Rho: 1
pez/ m²
No
requiere
n de
alimenta
cion
externa
Semintensivos
Fin
comercial
de baja
capacidad
.
Rho: 1-5
peces/ m²
Requiere
de
alimentaci
on
esporádic
amente
con
alimentos
caseros
Intensivos
Fines
netamente
comerciales.
5 -20
peces/ m²
a.Requiere de
control
permanente
de la calidad
del agua y la
alimentacion
son
concentrados
con bajos
niveles de
abonamiento.
a.Superintensiv
o
Con fin
netamente
comerciales.
>20 peces/ m²
Requiere de
alimentacion
concentrados de
alto nivel proteico
y nada de
abonamiento
Especies criada
Monocultivo
Se cría
una sola
especie
durante
todo el
cultivo
Policultivo
Se cría >1
especie,
aprovechand
o que una
especie sea
superficial y
la otra sea se
mantenga
por debajo
de los 50 cm.
Cultivos integrados
a.Aprovechar
de desechos
de otras
especies para
la produccion
de plantón
(Fito
plancton)
como
suplemento
en la dieta de
los peces.
Gráfica 1. Tipos de cultivos en la piscicultura.
Fuente: Elaboración propia.
16

La cría de peces en súper-intensivo es una práctica bastante habitual debido su alta densidad
poblacional se aprovecha en su máximo la capacidad del cuerpo de agua y se debe realizarun control de todos los factores (calidad del agua, aireación y nutrición) [5], la dieta de estos
peces está dada por alimentos concentrados de alto nivel proteico y nada de abonamiento,
por esto se requiere de tener en cuenta las siguientes variables.
Los cuerpos de agua como lo son los ríos, lagos, quebradas, entre otros; son afectados por
los ciclos hidrológicos y lluvias de cada región. Otro factor es su naturaleza si es lentico (flujo
estático, como lagos, lagunas) o loticas (flujo constante como quebradas y ríos). La oferta
hídrica no solo varia con el fenómeno de la niña y niño también intervienen el calentamiento
global y la zona geográfica, por lo que se deben tener claras las variables fisicoquímicas que
influyen en un proceso, debido a que esto tiene gran afectación en la vida acuática.
2.1.1 Principales variables fisicoquímicas de la calidad del agua
Los parámetros que mayor diferenciador tienen en el agua y por lo tanto impacta en su calidad
son la temperatura, concentración de oxígeno disuelto, concentración de dióxido de carbono,
pH, amoniaco, nitrito, nitrato; sulfuro de hidrogeno, solidos disueltos totales, salinidad,
alcalinidad, conductividad y dureza. En la piscicultura se puede reducir a temperatura, O.D,
potencia de hidrogeno, amoniaco, nitritos, nitratos y salinidad.
La temperatura es la variable física que tiene mayores efectos e interrelación con otros
parámetros ya que afecta la solubilidad del oxígeno, la tasa de fotosíntesis, la relación de
distribución de fracciones entre amoniaco y mojarra, entre otras. También influyen
directamente en la tasa metabólica del organismo cultivados. Las respuestas de los
organismos varia produciendo hipotermia o hipertermia dependiendo respuestas adaptativas
de la especie de pez, pero si la condición se mantiene por tiempo prolongado produce
condiciones adversas, conjunto a esto, el estrés en el pez por falta de control de la temperatura
puede producir infecciones por patógenos oportunistas.
Si el pez es de agua cálida un óptimo desempeño está > 20 °C (especies tropicales y no
tropicales); Las primeras morirán si la T cae por debajo del rendimiento óptimo y las segundas
sobreviven en temporada de invierno y su rendimiento óptimo es en verano. Las especies que
tienen su estándar <20 °C se catalogan como especies de agua fría.

Oxígeno disuelto

La mayoría de los peces requieren de oxígeno constantemente en el agua esto debido a su
respiración branquial, debido al nivel de oxigenación del cuerpo de agua: bajo, rango
aceptable o saturado dependerá el tiempo de desarrollo del pez. Se obtiene en un tanque
debido a la fotosíntesis y el consumo o gasto por la actividad respiratoria de los organismos
que habitan el medio acuático; se utiliza el D.O en la degradación de alimentos no
consumidos, materia fecal y otros de esta naturaleza (DBO). En una piscícola el D.O es la
variable más crítica lo que más la perturba aparte de la respiración de los organismos es el
alimento de los mismo, típicamente la demanda de oxígeno disuelto está determinada entre
1,1 -1,2 kg de O2/Kg alimento. La concentración de D.O en el agua se puede calcular como
% de saturación o ppm de gas disuelto como podemos ver en la Tabla 1.

Tabla 1. Efectos de la concentración de oxígeno disuelto en peces de aguas cálidas.
Fuente: Elaboración AUNAP
Dióxido de carbono
La fuente de CO2 está inversamente relacionada con la proporción de oxígeno disuelto,
cuando el CO2 aumenta y requiere su eliminación, encuentra un gradiente en su contra que
impide su salida, llevando a la acumulación en la sangre (hipercapnia), provocando luego una
acidemia (pH sanguíneo reducido) en el animal. La tolerancia de CO2 depende de la especie
del pez para los peces de aguas cálidas toleran niveles mayores, pero cuando se encuentran
por niveles mayores de 60 mg/L pueden presentar un estado de narcosis y llegar hasta la
muerte.

Potencial de hidrogeno

En los sistemas de piscicultura el pH es de obligatoria medición y monitoreo, el pH en el agua
influye directamente en otras variables por su interdependencia química los efectos del pH en
(mg/L o ppm) Desempeño
0,0 – 0,3
Peces pequeños sobreviven, pero durante cortas exposiciones a esta
concentración.
0,3 – 1,5 Letal si se prolonga por varias horas.
1,5 – 5,0
Los peces sobreviven, pero tienen crecimiento lento y están más
predispuestos a enfermedades.
5,0 – Saturación Intervalo deseable.
> saturación Riesgos de enfermedad de la burbuja.
18

los peces se pueden ver en la Tabla 2, particularmente en las fracciones de mojarra (NH3) y
de ion de mojarra (NH4). En un sistema con tendencia hacia un pH alcalino, aumenta la
fracción no ionizada, amoniaco NH3, la cual es tóxica para los organismos mientras el pH
acídala fracción prevalente será la de la mojarra NH4, debido al aporte de hidrogénesis para
su formación, los cuales disminuyen los riesgos de intoxicación. La temperatura es la otra
variable que influye en la proporción de NH3/ NH4 de las aguas, al aumentar las T se aumenta
la fracción tóxica (NH3).

Tabla 2. Efectos del PH de las aguas en los peces y otros organismos acuáticos.
Fuente: Elaboración AUNAP.

Los parámetros anteriores, conjunto a otros factores externos se demuestran directamente en
la mortandad de peces por tanque o global de todo el proceso, se puede calcular mediante la
Ecc 1.
Ecc 1.Mortalidad de peces.
%𝑀 =
𝑁𝑜𝑀
𝑁𝑜 ∗ 𝐼
∗ 100
Donde:
- %M: Es el porcentaje de mortalidad.
- N0M: Número de animales muertos.
- N 0.I: Número inicial de animales.

De las tecnologías para reducir la mortandad es la tecnología Biofloc debido a los sistemas
de agua existen dos tipos los de recambio de agua los cuales para zonas en las que este
suministro está restringido o es muy costoso no es viable estar, realizando esta acción por lo
cual con dicha tecnología se proporciona las bases para que la acuicultura se extienda a
nuevas zonas y la mortandad de peces disminuya.

(Uds. Potenciométricas) Efectos en peces y otros organismos
4,0 Valor de acidez que ocasiona mortalidad
4,0 – 5,0 Efectos negativos en reproducción
4,0 – 6,5 Crecimiento lento de varias especies
6,5 – 9,0 Intervalo óptimo para la mayoría de las especies
9,0 – 11,0 Crecimiento lento y efectos adversos en reproducción
˃ 11,0 Valor alcalino que ocasiona mortalidad
19

2.1.2 Tecnología biofloc

Es una tecnología simbiótica que consiste en un cultivo de organismos acuáticos de agua
dulce dominado por microorganismos, estos últimos se aglutinan y se conocen como
bioglóculos, estos prestan el beneficio de mejorar CA, al tener un tamaño sirven de alimento
para los peces a manera de suplemente a su respectiva dieta, lo que indirectamente también
mejora la salud de los organismos vivos que se están criando experto en Biofloc” definición;
Dr. David Celdrán”. Se caracteriza por provocar cambio en el color de agua, tomando tonos
verdes y que requiere de constante aireación [8].

2.1.3 Aireación mecánica: tecnología en dispositivos de aireación BFT

Existen en el mercado diferentes tipos de aireadores entre los cuales destacan:

a. Aireador de paletas: Utiliza las paletas lanzan el
agua del tanque al aire saturándola y cuando esta
regresa incorpora el oxígeno obtenido. Una de sus
ventajas es la sencilla instalación, genera buen
movimiento horizontal y vertical, facilita la
concentración de los lodos y sus desventajas son
que generan demasiada turbulencia para las fases
iniciales del cultivo [7] y el trabajo es unidireccional
como se pueden ver en la Ilustración 1.

b. Aireador tipo splash: Estos aireadores permiten
que el agua choque con el aire a altas velocidades
y vuelva al tanque, dando forma de microburbujasque se incorporan permitiendo una alta tasa de
oxigenación. Las ventajas es que tiene un intervalo
alto de recirculación vertical y trabajo
multidireccional. Las desventajas son una alta
turbulencia para las primeras fases del cultivo y
enfría el agua por su modo de operación como se
puede ver en la Ilustración 2.

Ilustración 1. Aireador de paletas.
Ilustración 2. Aireador tipo Splash.
20

c. Aireador tipo inyecto-propulsor: Son aireadores
que poseen un gran movimiento de agua como se
ve en la Ilustración 3 donde se puede variar su
ángulo de dirección lo que permite mejorar su
eficiencia. un intervalo de casi 2 metro de
profundidad, facilitando la generación de
corrientes, pero debido a su turbulencia no se
recomienda a pocas profundidades porque
pueden promover el rompimiento de los
bioflocs.
d. Aireador tipo Blower: Es uno de los dispositivos
más utilizados en la aireación para BFT en
ambientes pequeños y controlados, utilizando
difusores adecuados mueve de manera eficiente
toda la columna de agua Ilustración 4. Sus ventajas
es que mantiene la misma temperatura y maneja
un caudal medio ideal para las fases iniciales del
cultivo. Una de sus desventajas es que en áreas y
profundidades mayores pierde su eficiencia

e. Boquillas Inyectoras: Son los sistemas de
aireación más actuales para sistemas BFT,
utilizan bombas de agua inyectando mezcla de
gases y agua las boquillas inyectoras de pueden
ver en la Ilustración 5. Su ventaja es que posee
una eficiencia elevada y son diseñados con
tamaños compactos. Su desventaja es que tiene
un costo elevado y su mantenimiento es más
riguroso.

.
Ilustración 3. Aireador tipo Inyecto-
propulsor
Ilustración 4. Aireador tipo blower.
Ilustración 5. Boquillas Inyectoras.
21

2.1.4 Factores para la selección del tipo de aireador

Los criterios son los costos, eficiencia y mantenimiento, los parámetros a considerar es la tasa
de transferencia de oxígeno que los aireadores puede transferir al agua esta es la SAE que
se calcula de la siguiente manera:

Ecc 2. Coeficiente de transferencia de Oxígeno
𝐾𝑙𝑎𝑇 =
1,1
𝑡(70%) − 𝑡(10%)
(ℎ−1)

Ecc 3. Coeficiente de transferencia de Oxígeno en agua a 20°C
𝐾𝑙𝑎𝑇20 = 𝐾𝑎𝑙𝑇 ∗ 1,023(20−𝑇) (ℎ−1)

Ecc 4. Tasa estándar de transferencia de oxígeno:
𝑆𝑂𝑇𝑅 = 𝐾𝑙𝑎20 ∗ 𝐶𝑠 ∗ 𝑉 ∗ 10−3 (𝐾𝑔 𝑂2. ℎ−1 )

SOTR: Es la masa de oxígeno que un aparato puede introducir en un cuerpo de agua por
unidad de tiempo a condiciones estándar (temperatura del agua 20ºC, concentración de
oxígeno inicial = 0 mg/L; una atmosfera de presión y agua clara) medida en Kg O2 / hora.

Por medio de la SOTR se determinar la SAE al ser relacionada con la potencia consumida
durante el proceso de aireación [9]. La SAE es determinada a partir de la ecc 5.

Ecc 5. Eficiencia estándar del aireador
𝑆𝐴𝐸 =
𝑆𝑂𝑇𝑅
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 (𝑘𝑤)
(𝐾𝑔 𝑂2 (𝐾𝑊. ℎ𝑟)−1 )
Donde:
- t (70 %) = Tiempo transcurrido para lograr el 70% de saturación de oxígeno (en horas).
- t (10 %) = Tiempo transcurrido para lograr el 10% de saturación de oxígeno (en horas).
- T = T° del agua.
- KlaT = Coeficiente de transferencia de oxígeno a la temperatura del agua.
- Kla20 = Coeficiente de transferencia del agua a 20ºC.
- Cs = Concentración de D.O (mg. L-1) a la salinidad probada a 20°C.
- V= Volumen del tanque de prueba (L)

Y para determinar la D.O. diaria que depende de 3 factores:
1) CO = consumo por los peces cultivados
2) RC = respiración de la columna de agua
3) RF = respiración del fondo o sedimento

El consumo por los peces cultivados se calcula por la siguiente formula:

Ecc 6. Consumo por los peces cultivados
𝐶𝑂 =
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑥 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ∗ 𝑃𝑝𝑒𝑧
1000000

Donde:
- Densidad x tanque= es la misma población en (Unid/m3)
- Ppez=Es el peso del pez, clasificado según literatura en este caso de 25 g alevín, 200 g
levante y 400 g engorde (gramo) Ilustración 80 en anexos.

División realizada es para pasar de g/m3 a kg/L, agregando, RC con RF se mide con una
prueba en campo que se realiza a condiciones normales de operación y requiere de dos tubos
PVC, por medio de las dos siguientes formulas se calcula mirar ilustración 81 en anexos.
Ecc 7. Formula RC
𝑅𝐶𝑡𝑢𝑏𝑜 sin 𝑡𝑎𝑝𝑎 =
𝑂2𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
− 𝑂2𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

Donde:
- O2 inicia y final= corresponde a la concentración en (mg) de Oxígeno medido.
- Tiempo = Es tiempo transcurrido desde cada medición de oxígeno (h).

Ecc 8. Formula RF
𝑅𝐹𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑎𝑝𝑎 =
𝑂2𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
− 𝑂2𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

Donde:
- O2 inicia y final= corresponde a la concentración en (mg) de oxígeno medido.
- Tiempo = Es tiempo transcurrido desde cada medición de oxígeno (h).

Los equipos mecánicos para la cría súper-intensivo son bastante robustos y generalmente
operan las 24 horas, conjunto con la metodología PEVI se reconoció el termino sistema Grid-
Tied como opción de OPM renovables. Se consideró, que normalmente este tipo de
23

instalaciones está conectadas a la red eléctrica y es un recurso aprovechable en los sectores
agroindustriales.

2.1.5 Sistemas Grid-Tied fotovoltaico en sectores agroindustriales.

Los sistemas Grid-Tied están pensados para operar en conjunto con la red eléctrica son muy
utilizados en diferentes industrias incluyendo los sectores agroindustriales. Consisten en un
conjunto de paneles y un inversor Grid-Tied que es capaz de inyectar la energía producida
por los paneles a la red como se ve en la Ilustración 6.

El inversor Grid-Tied es un equipo con conexión a la red que convierte la corriente continua
(CC) de los paneles solares en una corriente alterna (CA) adecuada para inyectar en una red
eléctrica. Las ventajas de estos sistemas es que la energía generada es consumida primero
por las cargas conectadas que se encuentran en funcionamiento y en caso de haber exceso
de generación, esta se inyecta a la red por este motivo implica la necesidad de instalar un
medidor bidireccional. Al inyectar a la red se inhibe la necesidad de utilizar baterías y esto
permite reducir los costos del proyecto. Los inversores Grid-Tied dejan de operar en caso de
un corte eléctrico, por lo cual no son una alternativa para contar con energía de respaldo en
caso de cortes de energía.

Ilustración 6. Sistema Interconectado a la red o Grid-Tied.
24

Los sistemas Grid-Tied tienen la ventaja de estar
conectados a la red y esto permite una mejor
eficiencia en la energía generada como se ve en la
Ilustración 7. La energía generada sobrante va a la
red como se ve en la curva amarilla y la faltante es
tomada de la red en las noches o días en la cual la
irradiación sea mínima.

2.2 MARCO REGULATORIO

La AUNAP tiene por objeto ejercer la autoridad pesquera y acuícola de Colombia. Es una
entidad descentralizada de la rama ejecutiva del orden nacional, de carácter técnico y
especializado, con personería jurídica, autonomía administrativa y presupuestal, con
patrimonio propio, adscrita al ministerio de agricultura y desarrollo rural para cumplir con las
funciones prevista [31].

Las leyes que rigen la acuicultura y sostenibilidad en Colombia están regidas para promover
un desarrollo sustentable en el tiempo, acudiendo a energías de fuentes renovables como
solución al uso regular de energías convencionales como veremos a continuación:

●Ley 2099del 2021 La presente ley tiene por objeto modernizar la legislación vigente y dictar
otras disposiciones para la transición energética, la dinamización del mercado energético a
través de la utilización, desarrollo y promoción de fuentes no convencionales de energía, la
reactivación económica del país y en general dictar normas para el fortalecimiento de los
servicios públicos de energía eléctrica y gas combustible [27].

●Decreto 1076 del 2015 en el marco de la gestión integral, el presente decreto tiene por objeto
prevenir la generación de residuos o desechos peligrosos, así como regular el manejo de los
residuos o desechos generados, con el fin de proteger la salud humana y el ambiente [26].

●Ley 1715 del 2014 la presente ley tiene por objetivo promover el desarrollo y la utilización de
las fuentes no convencionales de energía sistemas de almacenamiento de tales fuentes y uso
Ilustración 7. Curvas de carga en sistemas Grid-
Tied.
25

eficiente de la energía como se ve en la Ilustración 8, principalmente aquellas de carácter
renovable. Los Incentivos son los siguientes: la deducción especial en la determinación del
impuesto sobre la renta, los contribuyentes declarantes del impuesto sobre la renta que
realicen directamente nuevas erogaciones en investigación, desarrollo e inversión para la
producción y utilización de energía a partir FNCE o gestión eficiente de la energía, tendrán
derecho a deducir hasta el 50% del valor de las inversiones.
Para el presente trabajo se obtuvo en
cuenta los criterios de depreciación
acelerada que consiste en gastos que la
ley permite que sea deducible al
momento de declarar el impuesto sobre
la renta, por una proporción del valor del
activo que no puede superar el 20%
anual, segundo criterio la exclusión de
bienes y servicios de IVA,Por la compra de bienes y servicios, equipos, maquinaria, elementos
y/o servicios nacionales o importados y el tercer criterio la exención de gravámenes
arancelarios que radica en la exención del pago de los derechos arancelarios de Importación
de maquinaria, equipos, materiales e insumos destinados exclusivamente para labores de
reinversión y de inversión de proyectos con FNCE [28].

●Resolución CREG 030 “Mediante esta resolución se regulan aspectos operativos y
comerciales para permitir la integración de la autogeneración a pequeña escala y de la
generación distribuida al Sistema Interconectado Nacional, SIN”.
La resolución CREG No 030 del 2020 es un reglamento que regula la actividad de generación
distribuida y autogeneración. Definiendo las reglas que permiten al usuario conectarse al
operador de red como generadores distribuidos o auto generadores.

Finalmente, la normativa eléctrica tiene por la NTC 2050 debido a que el objetivo de este
código es la salvaguardia de las personas y de los bienes contra los riesgos que pueden surgir
por el uso de la electricidad.

Ilustración 8. Ley 1715 del 2014
26

2.3 ANTECEDENTES

En Colombia ha aumentado 94.771 Ton del 2011 con 82.622 Ton al 2022 a 179.351 Ton esto
entre (mojarra, trucha, cachama, camarón y otras especies), representando $USD 92.4
millones en exportación con la participación del 58% de la producción piscícola en el año 2020
de la mojarra roja y la plateada [1]. Las mojarras las más producidas con un 65%, seguido por
la cachama blanca (Piaractus brachypomus) con un 21 %, lo cual el 66% del volumen total de
producción corresponden a cultivos semintensivos en estanques en tierra y 34% cultivos
intensivos en jaulas. Los parámetros más importantes para la mojarra se tiene la temperatura,
pH, concentración de amoniaco, nitritos (en una concentración menor a 5 mg/L), nitratos se
requiere de la relación nitrato-nitrógeno supera los 400 mg/L, dureza, alcalinidad y de oxígeno
disuelto [2].

Los equipos de aireación se clasifican dependiendo qué sustancia desplaza (si es agua en el
aire o lo contrario), en el primer caso los existen de aspas de eje horizontal y los tienen los
“splash” [10]. Por otra parte, se tienen los aireadores de aire agua estos son menos eficientes
que los de agua-aire entre esta categoría destacan los inyectores a propulsión y los de turbina
también conocidos en inglés como “Blower” [3].

El Oxígeno Disuelto probablemente es el factor más crítico sobre la calidad del agua en
diferentes entornos, es de gran importancia en los procesos de acuicultura, se investigó la
transferencia de O.D en el agua por medio de modelos de regresión no lineal con el fin de
analizar los datos obtenidos. Se evaluó la tasa de transferencia estándar de oxígeno, el
coeficiente de transferencia, y la eficiencia estándar de aireación [10].

La empresa SOLVOX®B maneja una Manguera perforada para la disolución de oxígeno sin
energía auxiliar que se alimenta de la presión del tanque de oxígeno, esta tecnología se utiliza
de emergencia, esta tecnología requiere del tanque de oxígeno que es muy costoso para el
tipo de cría que es tradicional y la empresa colombiana “Oxipez” maneja de los dos tipos de
Aireador Desgasificador tipo Splash [4]

3. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Evaluar oportunidades de mejora en piscicultura de pequeña escala, orientadas a la reducción
de los costos asociados a energía eléctrica para fines de aireación en un caso de estudio finca
San Andrés, Guadalupe-Santander.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Con el fin del dar cumplimiento del objetivo anterior se proponen los siguientes objetivos
específicos.

- Realizar la revisión energética que permita obtener la línea base del consumo
energético del caso de estudio en el proceso de piscicultura.
- Identificar oportunidades de mejora orientadas a la disminución del consumo
energético asociado a fines de aireación en el proceso de piscicultura.
- Evaluar las oportunidades de mejora, considerando la posibilidad de implementar
fuentes alternativas de energía que permitan reducir los costos actuales asociados a
la energía.

4. METODOLOGÍA

Este estudio se basa en la metodología del programa de evaluación industrial (PEVI) adaptada
al caso de estudio.

Fuente: Elaboración propia.

Las etapas se desglosan en las siguientes actividades que se requiere para dar con su
respectivo cumplimiento.

Gráfica 3. Desarrollo de etapas
Fuente: Elaboración propia.

Etapa 1
Revisión energetica
•Caracterización del caso de estudio.
•Evaluación del potencial energetico de la zona.
•Definición de los parametros de operación.
•Medición de parametros de operación (Oxigeno disuelto, pH,
temperatura, irradiancia, tensión y corriente).
Etapa 2 Diagnóstico
e identificación de
OPM
•Definión de curvas de consumo eléctrico debido a los USEn.
•Identificación de las OPM en base al potencial energético y
analisis de datos medidos.
•Desarrollo de los escenarios en base a las OPM.
Etapa 3
Evaluación
financiera de OPM
•Determinación de costos de cada escenario.
•Realización de análisis financiero de los escenarios.
•Selección del escenario que cumpla con los criterios
financieros y técnicos.
Etapa 1
•Revisión energética.
Etapa 2
• Diagnóstico e identificación de OPM.
Etapa 3
• Evaluación financiera de OPM.
Gráfica 2. Metodología
29

5. DESARROLLO

A continuación, se presenta el desarrollo de la investigación que está definida por las etapas
mencionadas en la Gráfica 3.

5.1 REVISIÓN ENERGÉTICA

La revisión energética se inició por medio de una visita técnica (octubre del 2022) la
información se ve en el Anexo 1 en la que se tomaron los registros visuales en el documento
como se puede ver en la Ilustración 9, datos del proceso de la piscicultura, infraestructura con
los que se obtuvo el potencial energético de la zona.

Fuente: Elaboración propia

5.1.1 Caracterizacióndel proceso

El estudio se realizar en la Finca San Andrés ubicada en Guadalupe, Santander comprende
un espacio de 2.500 m² el cual está destinado para la piscícola, con un invernadero de 30x12
metros en construcción en el que se sitúan los 10 tanques, también tiene un cuarto de bodega
de alimento, un cuarto para el motor-generador de ACPM y una habitación para el retiro de
las vísceras.

Ilustración 9.. Infraestructura física del cultivo piscícola Finca San Andrés.
30

Ilustración 10. Dimensionamiento en SolidWorks de piscícola
Fuente: Elaboración propia
La distribución de los tanques está indicada en la Ilustración 10, los puntos de colores indican
el tipo de aire acción que lleva el tanque, todos los tanques tienen una altura de 1.2 metros y
con diámetros específicos para edad del pez por lo cual en alevín se tiene un diámetro de 9
metros, levante de 10 – 11 metros y engorde de 12 metros, con estos datos se calculó el
volumen por tanque con un altura de la columna de agua aproximada de 0.97 metros Tabla
3.
Tabla 3. Población de Mojarra Roja y # de especies por tanque.
Descripción detallada Vol. Tanque (m3) Población (Unid. De peces/m3)
Tanque 1: Engorde 113 35
Tanque Reposición 113 0
Tanque Alevines 28 283
Tanque 2: Levante 95 84
Tanque 3: Engorde 95 84
Tanque 4: Engorde 113 35
Tanque 5: Levante 95 42
Tanque 6: Levante 64 63
Tanque 7: Engorde 113 0
Tanque8: Engorde 113 0
Fuente: Elaboración propia.

Estos tanques se construyeron de manera sencilla por medio de un cuerpo metálico cubierto
de una geomembrana que permite almacenar el cuerpo de agua, en el cual el blower tiene
diferentes salidas de oxigenación al agua por medio de ductos por debajo del tanque y en
31

otros casos el splash en la parte superior y centrado del tanque como se muestra en la
Ilustración 11.

Ubicación Splash en el tanque Ubicación difusores Blower en el tanque

Ilustración 11. Ubicación equipos aireadores en los tanques
Fuente: Elaboración propia

El circulo naranja es donde está ubicado el splash en la superficie del tanque y azul el área
de influencia del equipo (el lado izquierdo) y en el derecho se tiene la ubicación de los
difusores de los blower que está ubicados sumergidos en el fondo del tanque y en azul su
área de influencia. Los equipos que intervienen en la piscícola del caso de estudio se
describen en la Tabla 4.

Tabla 4. Equipos de suministro de oxígeno a los tanques.
Madurez del pez Tanque Equipo de aireación mecánica
Alevín alevín B1

Levante
1 S1
2 B1 y B2
4 B3
6 B4
5 B4
Engorde 3 B2 y S2
Fuente: Elaboración propia.
32

El proceso está conformado por 2 lotes de tanque con un ciclo de 7-8 meses que se dividen
en los 2 primeros meses son para alevines en el que tienen un peso de 1-15 g, al llegar a los
15 g se traslada a los tanques de levante donde pasan los 2 meses aproximadamente hasta
alcanzar aproximadamente 220 g, finalmente la última etapa consiste en que el pez alcance
de 220-500 g, operando con los blower 24 horas y los splash al 60% con un ciclo de 5 minutos
prendido y 10 minutos apagado con este esquema el ciclo de cultivo mantiene un índice de
mortalidad del 15% del ciclo y se comercializa muerto sin viseras con un precio de venta de
$10.400 $/kg.

Mantener este proceso requiere de altos costos en los que se destacan el costo del consumo
de energía eléctrica de $2.688.170 de pesos colombianos debido la cantidad de horas de
operación, entre otros parámetros económicos que se observan junto en la

Tabla 5.

Tabla 5. Parametros económicos

Fuente: Elaboración propia.

Con los valores anteriores se obtiene en la

Costos de ciclo de producción Cantidad Unid Precio mes
Alevinos (precio comercial incluye IVA) 4000 Unid $ 400.000
Transporte de alevines y alimentos 2 Unid $ 120.000
BFT 1 litro $ 20.000
Melaza 20 kg $ 640.000
Cal 10 kg $ 110.000
Alimento concentrado 28 bultos $ 3.696.000
Sueldo de operario tiempo completo 1 Unid $ 1.000.000
Costos de ACPM 5 gal $ 46.510
Costo de Energía Eléctrica kWh/mes $ 2.688.170
Total mes: $ 8.720.680
Costos de ciclo de producción Cantidad Unid Precio mes
Alevinos (precio comercial incluye IVA) 4000 Unid $ 400.000
Transporte de alevines y alimentos 2 Unid $ 120.000
BFT 1 litro $ 20.000
Melaza 20 kg $ 640.000
Cal 10 kg $ 110.000
Alimento concentrado 28 bultos $ 3.696.000
Sueldo de operario tiempo completo 1 Unid $ 1.000.000
Costos de ACPM 5 gal $ 46.510
Costo de Energía Eléctrica kWh/mes $ 2.688.170
Total mes: $ 8.720.680
33

Tabla 5, Del que se resalta el consumo eléctrico como segundo porcentaje de mayor impacto
en los costos con un 31% y el primer puesto la alimentación con el 42%.

Gráfica 4. Costos de producción.
Fuente: Elaboración propia.

Con los valores anteriores se procedió a analizar los potenciales energéticos de la zona con
el fin de proponer las oportunidades de mejora.

5.1.2 Potencial energético en la zona

Se desarrolla un análisis para determinar el potencial energético que hay en la zona donde se
encuentra ubicada la finca San Andrés, Guadalupe – Santander, en el que se determina los
siguientes potenciales: energía solar, energía eólica y biomasa.

Recurso solar se analizó por medio del software GLOBAL SOLAR ATLAS como se observa
en la Ilustración 12 con el fin de determinar el potencial del recurso solar durante el año en la
finca, se determinó los meses de mayor irradiación (enero) y menor irradiación (abril). La zona
donde se encuentra ubicada la finca posee una buena disposición de energía solar con una
potencial de generación promedio de 95,81 kWh día y una irradiación promedio de 5,98
kW/m².

5%
1%
0%
7%
1%
42%
12%
1%
31%
Alevinos (precio comercial incluye
IVA)
Transporte
BFT
Melasa
Cal
Alimento concentrado (Precio
promedio por kilo)
Sueldo de operario tiempo
completo
Costos de ACPM
Costo de energia electrica
35

Fuente: Elaboración propia.

Mediante el software GlobalWindAtlas se analizó el potencial energético de la zona, el sitio
donde está ubicada la finca es en las faldas de la montaña y las corrientes de viento viajan a
una velocidad de 3 – 4 m/s las cuales son bajas debido a su ubicación geográfica como se ve
en la Ilustración 13.

Fuente: Elaboración propia
Potencial energético biomasa en la finca de la piscícola comparte terreno con 28 hectáreas
de cultivo de café, el cual se cosecha 3 meses del año. En el proceso de despulpado se
genera residuos de cascara de café como se ve en la Ilustración 14. La biomasa es destinada
para el abono de las matas de café y alimento de cabezas de ganado del propietario, por este
motivo no se puede considerar como recurso para la producción de energía.
Ilustración 12. Potencial energético solar de Guadalupe-Santander fuente: de Global Solar Atlas
Ilustración 13. Potencial Eólico de Guadalupe - Santander/ Tomada del GlobalWindAtlas.
36

Fuente: Elaboración propia

5.1.3 Detalle del servicio eléctrico de la finca

La piscícola en San Andrés – Guadalupe Santander en sus primarias del proceso productivo,
obtiene la energía eléctrica a partir deuna conexión con la red de la ESSA, la alimentación de
la finca es suministrada por el transformador público que tiene por código 832012 con una
capacidad total de 15000 kVA y una capacidad disponible de inyección de 7.500 kW como se
aprecia en la Ilustración 15 con un precio promedio de la energía eléctrica de 797$/kWh.

Ilustración 15. Características del trasformador eléctrico de la finca San Andrés.
Fuente: Elaboración ESSA.

Sin embargo, el propietario está tramitando el cambio de transformador debido a que la
protección se acciona cuando todas las cargas están conectadas esto sucede, cuando se está
operando la desfrezadora de café y la carga completa en la piscícola, por lo que no soporta la
carga total de la finca.
Se cuenta con el histórico del consumo de energía eléctrica desde octubre 21 hasta el octubre
22 que comprende la energía utilizada en el proceso de piscicultura, equipos de café y
Ilustración 14. Biomasa de cascaras de café Finca San Andrés.
37

consumo de la vivienda, estas últimas se desagregaron en los cálculos teniendo el consumo
de la piscícola como se ve en la Tabla 6.

Tabla 6. Historial consumo piscícola y recibo.
Fuente: Elaboración propia.
5.2 Diagnóstico e identificación de OPM

El proceso productivo se basa en consumo de energía eléctrica en un 95% y ACPM en un
5%. El mayor consumo eléctrico se evidencia en la Grafica 5 los cuales representan las
cargas de la piscícola, una vivienda y un equipo de café.

Grafica 5. Diagrama circular USEn piscícola.
Fuente: Elaboración propia.

Se puede interpretar estos datos por medio del costo obtenido con una relación similar a la
anterior, teniendo en cuenta que el precio de kWh es de 797,44 $/kWh y el galón de ACPM
de $9.302,00 COP en el mes de octubre del 2022.
ELECTRICIDAD
95%
ACPM
5%
ELECTRICIDAD ACPM
Mes Factura eléctrica [kWh] Consumo piscícola [kWh]
21-oct 2646 1858
21-nov 2967 1695
22-dic 2313 1606
22-ene 2576 1695
22-feb 2061 1677
22-mar 2538 1767
22-abr 2042 1804
22-may 1968 1795
22-jun 1996 1878
22-jul 2148 1943
22-ago 2236 2016
22-sep 2145 2126
22-oct 3371 2170
38

Gráfica 6. Diagrama circular de energéticos utilizados en la piscícola.
Fuente: Elaboración propia.

Como se puede observar en la Gráfica 6 la electricidad mensualmente tiene un aporte de
98% de todos los procesos y solo un 2% es destinado para ACPM esto varía según la
confiabilidad del servicio de energía eléctrica, que al ser un sector rural se ve comprometido
el servicio debido a temporadas de lluvia, por lo cual este porcentaje aumentaría hasta en un
5% al utilizar 15 galones/mes de lluvia.

Gráfica 7. Diagrama circular usos de la energía en el café y vivienda.
Fuente: Elaboración propia.

Se aplica la ley de Pareto para identificar los USEn, este estudio en el análisis del consumo
de energía eléctrica, por ende, no se ha incluido dentro del alcance el consumo de ACPM,
alimentación u otras variables similares, sin embargo, solo se tuvo en cuenta en esta matriz
de usos no asociados a la producción consistió en el 89% la vivienda y solo un 11% el equipo
de café como se ve en la Gráfica 7. La piscícola consume entre un 75%-95% equipo de café
ELECTRICIDAD
$2.705.707,33
98%
ACPM
$43.105,00
2%
ELECTRICIDAD ACPM
VIVIENDA
89%
CAFÉ
11%
CASA GENERAL CAFÉ
39

4% con 146 kWh/mes, este último, varió en los meses de julio – noviembre, en octubre con
un uso del equipo de hasta 1.5 h/2 días y la vivienda como el diferencial de las cargas
anteriores con una fluctuación en el año de un 15% - 30% con una carga aproximada de 482
kWh/mes.

A partir de la de los datos de consumo energético de los diferentes equipos, se realizó un
diagrama de pareto como se ve en la Gráfica 8 donde se estableció por áreas que la piscícola
consume el (83.86%), la vivienda (14.39%) y el café el restante.

Gráfica 8. Diagrama de Pareto de la finca San Andrés.
Fuente: Elaboración propia.

A partir de la ley 80/20 los USEn eléctrica son los equipos blower que corresponden al 81.8%
y los 2 equipos tipo splash al 18.16%, como se ve en la Gráfica 9.
75,00%
80,00%
85,00%
90,00%
95,00%
100,00%
-
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Piscicola Casa Café
C
o
n
su
m
o
m
e
n
su
al
(
kW
h
)
Áreas
Consumo %Acumulado
40

Fuente: Elaboración propia.

Por medio de la revisión energética se obtuvieron las siguientes oportunidades de mejora con
respecto a las variables medidas, por lo que se identificó dos tipos de variables las
operacionales las cuales consisten en las variables que se midieron y las no controlables que
fueron el clima y otros procesos productivos de la finca descritas en la Tabla 7.

Tabla 7. USEn oportunidades de mejora

Tipo de
variable
Variables
que afectan
el proceso

Diagnóstico

Identificador de OPM

Operacional

D.O,
Temperatura,
y pH.
Se midieron las variables sin
embargo ninguna alcanza el
rango requerido de operación y
esta descuidado en control de
ella. El pH se vio afectado
directamente en la aplicación de
óxido de calcio.
La temperatura en la noche
desciende por lo que por medio
de las lluvias defiende los
valores de T°, el D.O. se
encontró tanques con
oxigenación menor al 50%.

La OPM sería llegar a los
intervalos requeridos,
realizar un control y
registro de ellos.
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0
100
200
300
400
500
600
B
LO
W
ER
2
B
LO
W
ER
3
B
LO
W
ER
4
B
LO
W
ER
1
A
IR
EA
D
O
R
SP
LA
SH
1
A
IR
EA
D
O
R
SP
LA
SH
2
G
EN
ER
A
D
O
R
M
O
TO
R
C
o
n
su
m
o
m
e
n
su
al
(
kW
h
)
Equipos
Consumo %Acumulado
Gráfica 9. Diagrama de pareto equipos piscícolas.
41

No
controladas

pluviosidad
La temporada de lluvia trae
temperaturas bajas en la noche
y afecta de distinta forma si está
en SA y SC, generando,
cambios en la composición del
agua de abastecimiento.
(bajando la temperatura y
modificando el pH).

La OPM es terminar la
construcción del
invernadero para que esta
variable no afecta a las
variables de operación.

No
controladas

Capacidad
sistema
eléctrico
Esto afecta a la piscícola debido
a que la capacidad del
transformador no soporta las
dos cargas (piscícola y
desfrezadora), por lo que limita
la potencia de la piscícola.

La OPM es el cambio de
transformador y generar la
nueva coordinación de
protecciones eléctricas.
No
controladas

Clima
Se revisó el potencial
energético de la zona donde se
determinó que la energía solar
tiene la mayor disponibilidad.
La OPM es instalar un
sistema fotovoltaico que
me permita suplir parte de
la energía eléctrica
consumida.
Fuente: Elaboración propia.

Con las variables anteriores se identificó la OPM operacional que consisten en llevar el
oxígeno al intervalo estándar, junto con esto se identificó por medio de la revisión energética
que el otro tipo de OPM son de fuentes renovables del recurso disponible de la sola, el recurso
radiación solar, debido a que los otros recursos no estaban disponibles o no eran lo suficiente
para abastecer la demanda.

5.2.1 Línea base, línea meta e Indicadores IDEn y SAE

Relacionamos la energía con la producción y analizarlo por medio de un análisis estadístico
de regresión se obtiene la Ecc 9 en la cual el coeficiente de determinación o R², en un modelo
estadístico de prueba de hipótesis el coeficiente determina la calidad del modelo para replicar
resultados y el ritmo de variación de los resultados del modelo. Al ser lineal simple la línea
base el coeficiente es el mismo cuadrado del coeficiente de correlación de Pearson.

Ecc 9. Línea Base teórico
𝐸 = 𝑚𝑃 + 𝐸𝑜
42

Se contó con 13 datos del histórico y