1. INTRODUCCIÓN

América Latina, en las últimas décadas, ha experimentado un importante crecimiento poblacional. Entre el año 1995 y 2016, la población total aumentó de 472 millones a 625 millones de habitantes, experimentando un incremento en 20 años de 153 millones de habitantes. El acelerado y desordenado crecimiento de las grandes ciudades de la región ha derivado en la aparición de un patrón caótico de movilidad urbana, y por tanto, en una mayor demanda de servicios de transporte (^{Banco de Desarrollo de América Latina, (2011)}. ^{CAF, 2011}, ^{Vasconcellos, E. A., & Mendonça, A., 2016}). La profundización de un patrón caótico de circulación de personas y mercancías es el motivo principal de la existencia de un sistema de transporte desordenado, congestionado, ineficiente energética y económicamente, con elevados niveles accidentalidad y contaminación ambiental. Un sistema de transporte desordenado y caótico conduce inevitablemente al aumento del tiempo de transporte por viaje, del uso de espacio del sistema vial existente, y del consumo de energía. La optimización integral de los sistemas de transporte público urbano implica la reducción del uso de vehículos privados, la construcción de una red vial para ciclistas y la electrificación de los sistemas de transporte fósiles convencionales, entre otras soluciones sostenibles.^{2 6 7 8 22}

En los países desarrollados, una de las alternativas más utilizadas en la optimización del sistema de transporte es la electrificación del sistema de transporte público, puesto que los mismos contribuyen a un cambio sustancial en el ordenamiento del tráfico y en la reducción de las emisiones urbanas (^{Herrera, O., Taiebat, M., Sassani, F., & Mérida, W., 2016}). No obstante, es importante analizar los diferentes aspectos operativos, económicos, tecnológicos y medioambientales que implican la integración de sistemas electrificados de transporte en ciudades con un transporte público predominantemente fósil. Es evidente que un proceso de electrificación del sistema de transporte público exige la creación de un sistema de distribución de la energía eléctrica que permita garantizar el suministro de energía eléctrica (^{Shokrzadeh, S., & Bibeau, E., 2016}). Asimismo, es de especial importancia la optimización de la gestión y operación de los sistemas de transporte electrificado, que garanticen la reducción comparativa del consumo de energía y de las emisiones contaminantes (^{Nahrstedt, K., & Chang, S., 2016}).

La creciente demanda energética en los sistemas de transporte convencionales exige la adopción de políticas estratégicas sostenibles que promocionen el uso de sistemas renovables de generación eléctrica y garanticen un crecimiento de la demanda eléctrica en el proceso de electrificación del transporte, basado en tecnologías respetuosas con el medio ambiente (^{Song, M., Wu, N., & Wu, K., 2014}).

En el mundo, el aumento del uso de vehículos eléctricos se debe al importante apoyo gubernamental en los países desarrollados, en respuesta a las preocupaciones por incrementar su nivel de independencia energética y reducir los graves impactos del cambio climático (^{Gómez Gélvez, J., Mojica, C., Kaul, V., & Isla, L., 2016}).

Los sistemas de transporte electrificados reducen significativamente las emisiones contaminantes locales, optimizan el consumo energético de los recursos primarios, debido a la elevada eficiencia de los motores eléctricos, y minimizan la contaminación acústica en las calles. La electrificación del transporte de personas y mercancías, en las ciudades y entre ciudades, es uno más grandes desafíos en el actual proceso de transformación del modelo energético del Ecuador (^{Pardo, C. F., 2009}).

En el presente estudio se propone demostrar que los sistemas de transporte electrificados presentan importantes beneficios energéticos, económicos, y medio ambientales, puesto que permiten abordar el reordenamiento de las rutas de transporte público, que garantice la reducción del uso del espacio vial existente, del tiempo de traslado y del uso de combustibles fósiles. Por tanto, se espera una sustancial disminución de las emisiones contaminantes y del uso de vehículos particulares (^{González, J. R. Q., & González, L. E. Q., 2015}).

El sistema de transporte público de la ciudad de Ambato es completamente dependiente de los derivados de petróleo, y por tanto, implica una importante huella de impacto medioambiental. En el Ecuador, el transporte es el principal sector contaminante, con un 39% del total de emisiones (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}).

Los elevados niveles de contaminación urbana se asocian al uso de combustibles fósiles en el transporte de personas y mercancías y a la reducida eficiencia de los motores de combustión. Asimismo, el sistema de transporte urbano en Ambato presenta serios problemas de congestión de tráfico, contaminación local y ruidos molestos. La integración de vehículos eléctricos en la ciudad de Ambato permitirá sustituir un sistema de transporte contaminante, energéticamente ineficiente y económicamente insostenible por un sistema de transporte respetuoso con el medio ambiente, energéticamente eficiente y económicamente muy competitivo. En un entorno de agotamiento de los recursos petroleros a escala global y de inexorable reducción de la producción de crudo a escala nacional, la excesiva dependencia de los derivados del petróleo en el sector transporte pone en riesgo la capacidad de garantizar el transporte de personas y mercancías, en ciudades y entre ciudades. Por tanto, es imprescindible, elaborar una estrategia a largo plazo que permita desacoplar al Ecuador de la dependencia del petróleo. El transporte es el sector de la economía ecuatoriana con mayor consumo de energía igual a 42 millones de barriles equivalentes de petróleo, correspondiente al 42% del total de energía final en el Ecuador, Figura 1 (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}). En el sector transporte, el diésel y la gasolina conforman el 45% y el 41%, respectivamente, representando conjuntamente el 86% del total de la energía consumida en este sector, Figura 2 (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}). Es importante indicar, además, que desde el año 2011, en la provincia del Guayas, se utiliza la gasolina Ecopaís, compuesta de 95% de gasolina extra y 5% de bioetanol. Los sistemas de transporte eléctricos son prácticamente inexistentes en el país y apenas representan el 0,01% del consumo total de energía empleado en el sector transporte. El único sistema de transporte público electrificado en el Ecuador es el trolebús de la ciudad de Quito.

Figura 1.  Estructura del consumo de energía por sectores en el Ecuador a diciembre del año 2014 (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}).  

Figura 2.  Estructura del consumo de energía en el sector Transporte de Ecuador a diciembre del año (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}).  

En el consumo final de energía de los derivados fósiles representan el 74% del total de energía en el país (^{MEER, 2014}). Por tanto, es necesario iniciar la sustitución del consumo de energía fósil tanto en el sector residencial, comercial, doméstico e industrial así como en el transporte público y privado. En el sector transporte, en un futuro no muy lejano, se deberá planificar la sustitución del uso de derivados de petróleo en los vehículos de carga pesada y liviana, que representan el 69% del total del consumo de derivados de petróleo en el país, Figura 3, y que configura el desafío energético más importante para el país en las próximas décadas. El diseño, dimensionado e implementación de un sistema ferroviario eléctrico a lo largo y ancho del país permitirá sustituir, significativamente, el consumo de petróleo en camiones, furgonetas, volquetas, tráileres y tanqueros.

El consumo de derivados de petróleo en las ciudades, representada por taxis, autobuses, autos y jeeps es de apenas 11% del total de energía en el sector transporte (^{MEER, 2014}). La implementación de sistemas electrificados de transporte público y de políticas de promoción de vehículos eléctricos para los usuarios privados permitirá sustituir el consumo de derivados de petróleo y desacoplar el sistema de transporte público y privado de una peligrosa dependencia del petróleo.

Figura 3.  Estructura del consumo de energía por tipo de vehículos en el Ecuador a diciembre del año 2012 (^{MEER, 2014}).  

En el año 2014, las emisiones de gases de efecto invernadero, GEI, emitidas por procesos energéticos en el Ecuador alcanzaron los 45,8 millones de toneladas de CO2 equivalentes (desagregadas en 45,4 millones del CO2, 0,16 de N2O y 0,22 de CH4) (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}). Un análisis de las emisiones de GEI por fuente de energía permite deducir que el diésel es el principal producto energético contaminante con un 34% del total de emisiones contaminantes. Asimismo, las gasolinas y el fuel oíl contribuyen con un 25% y 16%, respectivamente, del total de las emisiones contaminantes del país, Figura 4.

Figura 4.  Porcentaje de emisiones de efecto invernadero por actividad económica en el Ecuador a diciembre del año 2014 (^{Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos, 2015}).  

2. METODOLOGÍA

En el presente artículo se realiza un estudio que implica el análisis del consumo energético, gasto económico e impacto medioambiental de rutas y frecuencias de operación del sistema de transporte público en la ciudad de Ambato, Tungurahua, Ecuador.

Los estudios asociados a los sistemas de transporte urbano muestran que en el análisis de la operación de los sistemas de transporte urbano se debe considerar el rendimiento de los Autobuses en términos del número de viajes así como la disminución de los tiempos de recorrido y los retrasos ocasionados por la congestión del tráfico urbano. Asimismo, se obtienen beneficios adicionales gracias a la disminución del consumo energético, y por consiguiente, en los índices de contaminación ambiental (^{Currie, G., 2010}).

Para el estudio realizado se utiliza la metodología propuesta en la referencia (^{M. Ruiz, et. Al, 2016}), basada en el análisis de la oferta del servicio de transporte público en autobús, considerando valores de consumo energético, aspectos sociales y demanda del servicio. La metodología propuesta se centra en la necesidad social del servicio y en las unidades de transporte disponible. Asimismo, se dispone de una base de datos de paradas de autobús y de la localización geográfica de las rutas de las unidades de transporte (^{Currie, G., 2010}). La información necesaria para el estudio es proporcionada por el correspondiente organismo gubernamental.

La aplicación de la metodología descrita permite analizar la oferta del servicio de transporte público contando únicamente con información de las paradas de autobús, las frecuencias horarias de las líneas y la distancia de las rutas existentes.

Aunque la metodología empleada presenta algunas limitaciones asociada a la falta de exhaustividad en el análisis pormenorizado del servicio, se considera muy adecuada para disponer de una visión global de la distribución geográfica de la oferta de transporte. Los resultados obtenidos proporcionan información de gran utilidad para el desarrollo de tareas de análisis exploratorio y gestión estratégica del servicio de transporte público (^{M. Ruiz, et. Al, 2016}).

En el presente estudio se obtiene la información del Plan Maestro de Movilidad y Transporte de la Dirección de Tránsito, Transporte y Movilidad del Gobierno Autónomo Descentralizado Municipalidad de Ambato, GADMA. La información detallada de las paradas y las frecuencias horarias de las líneas así como de la distancia de las rutas existentes se encuentra en los contratos de operación de transporte público. La información obtenida permite estimar las distancias promedios totales diarios, semanales, mensuales y/o anuales para las 5 cooperativas de transporte de la ciudad de Ambato, Tabla 1.

Asimismo, en función de las distancias recorridas, es posible estimar, en un determinado periodo de tiempo, el consumo energético, el coste económico y las emisiones contaminantes correspondientes, asociadas al sistema de transporte público urbano en la ciudad de Ambato.

Posteriormente, se estima el consumo eléctrico de un hipotético sistema de transporte electrificado, implementado en la ciudad de Ambato. En este sentido, se asume la sustitución de todas las unidades de transporte público urbano de la ciudad de Ambato por Autobuses eléctricos, que proporcionen los mismos servicios y características de los Autobuses convencionales actualmente en servicio.

3. LINEAS, RUTAS Y FRECUENCIAS DE OPERACIÓN DEL TRANPSORTE PUBLICO EN AMBATO

El Plan Maestro de Movilidad y Transporte del Cantón Ambato establece que la red de transporte público urbano tiene una longitud aproximada de 132,42 km. Mientras que el transporte público interparroquial recorre una longitud de 62,75 km. Actualmente, en el cantón de Ambato existen 68 rutas de transporte público, 40 son urbanas y 28 interparroquiales (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}). La flota de Autobuses de transporte público es de aproximadamente 438 unidades para el transporte urbano, distribuidas en 5 cooperativas y compañías.

Existen 65 Autobuses que operan en el transporte interparroquial, distribuidas en 8 cooperativas. En el sistema de transporte del cantón Ambato operan Autobuses tipo con capacidades de 65 y 85 pasajeros en total. En la Figura 5 se observan las principales rutas urbanas y rurales del cantón Ambato (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}).

Figura 5.  Mapa vial del cantón Ambato en la provincia de Tungurahua, Ecuador (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}).  

Las unidades de transporte público urbano comparten la red vial con el transporte privado y aunque se han aplicado medidas de gerencia para la implementación de carriles Autobuses exclusivos, estás vías solo para Autobuses no están separadas de los restantes carriles de para el uso de vehículos privados, implicando una solución parcial que no aporta sustancial fluidez al transporte urbano.

Además, tampoco existe un sistema de semaforización que priorice la fluidez del transporte público. Por otro lado, en (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}), se indica que el número de muertes y heridos en accidentes de tránsito en la provincia de Tungurahua es superior al promedio nacional. En el año 2011, se reportaron 97 muertes en las carreteras, representando un índice de 18,9 muertes por 100 mil habitantes, mientras que el índice nacional fue de 14,2 muertes por 100 mil habitantes. El elevado número de muerte en las carreteras es una grave situación asociada al exceso de velocidad y a los bajos niveles de educación vial de conductores y peatones. El 5% de los accidentes reportados en la provincia de Tungurahua tienen como consecuencia uno o más muertos.

Entre diciembre del 2015 y febrero del 2016, la Dirección de Tránsito, Transporte y Movilidad del Gobierno Autónomo Descentralizado Municipalidad de Ambato, GADMA, suscribió 5 contratos de operación de transporte público en la ciudad de Ambato (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}). De los contratos de autorización de operación se deduce información de las líneas, rutas y frecuencia del sistema de transporte urbano de la ciudad de Ambato, Tabla 1, que permitirá estimar las distancias anuales recorridas, y por tanto, los consumos energéticos y costes económicos asociados.

Los contratos de concesión establecen el tiempo de recorrido y los horarios de operación de las líneas de cada cooperativa. Por ejemplo, para la línea Los Ángeles – Izamba, operada por la Cooperativa Jerpazsol, con 79 paradas ida y vuelta, y una distancia del recorrido igual a 36,2 kilómetros, corresponde un tiempo de recorrido de 1 hora y 40 minutos. El horario establecido para la línea Los Ángeles – Izamba es de lunes a domingo de 6:00 a 22:30 cada 5 minutos (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}) Tabla 2.

4. ESTIMACIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO FÓSIL DEL TRANSPORTE PÚBLICO CONVENCIONAL

En forma general, para realizar el cálculo del consumo energético de un sistema de transporte en una ciudad, provincia o territorio determinado es necesario definir:

Los parámetros anteriormente indicados permiten calcular:

La velocidad promedio en el sistema de transporte de la ciudad de Ambato. En el Plan Maestro de Movilidad y Transporte del Cantón Ambato (^{Unidad Municipal de Tránsito GADMA, 2013}), se establece que la velocidad promedio total no supera los 38 km/h. La velocidad promedio es superior a ciudades como Madrid y Buenos Aires, 15 km/h y 10 km/h, respectivamente (^{Dirección de Tránsito, Transporte y Movilidad del Gobierno Autónomo Descentralizado Municipalidad de Ambato, 2015}).

El consumo promedio en Autobuses urbanos con capacidades de 65 y 85 pasajeros en total en litros/kilómetro para una velocidad promedio de 38 km/h, correspondiente a entornos urbanos se presenta en (^{Rodríguez, B. M., & Berrocal, F. L., 2011}).

En entornos urbanos, un autobús con una capacidad de 70 pasajeros consume 46 litros de diésel cada 100 km, equivalente a un consumo energético de 17,01 MJ por kilómetro recorrido.

5. EVALUACIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO DEL TRANSPORTE ELÉCTRICO EN LA CIUDAD DE AMBATO

Para la evaluación del consumo energético de la integración de Autobuses eléctricos en el sistema de transporte urbano de la ciudad de Ambato se ha considerado que todos los Autobuses convencionales a diésel son reemplazados por Autobuses eléctricos. Se ha seleccionado dos Autobuses eléctricos: el autobús chino BYD y el autobús español Irizar i2e.

Ambos vehículos eléctricos disponen de dimensiones y capacidades similares a los vehículos convencionales actualmente en operación en el sistema de transporte urbano de la ciudad de Ambato. Es importante indicar que en el presente artículo no se ha considerado el coste de inversión de la adquisición de vehículos eléctrico, puesto que el artículo se centra en la realización de un análisis comparativo del consumo eléctrico, coste económico e impacto medioambiental de vehículos eléctricos en relación a los vehículos de combustión interna.

Los dos Autobuses eléctricos inicialmente elegidos para estimar el consumo energético de un hipotético sistema de transporte público de la ciudad de Ambato en el que se han sustituido todos los Autobuses convencionales son:

• Autobús Chino BYD

Autobús eléctrico con una capacidad de 80 pasajeros y una autonomía probada de 240 kilómetros para un consumo de 324 kWh, equivalente a un ahorro de 2260 litros de diésel al mes y 4 toneladas de CO2. El tiempo de recarga eléctrica del autobús chino es de 5 horas. El autobús eléctrico chino consume aproximadamente 1,3 kWh por cada kilómetro recorrido (^{BYD, 2016}).

• Autobús Español Irizar i2e

El autobús eléctrico Irizar i2e, con una potencia nominal de 230 kW y una capacidad de almacenamiento de energía disponible igual a 376 kWh, proporciona una autonomía de entre 200 y 250 km dependiendo del ciclo de conducción y de las condiciones climatológicas. La recarga eléctrica se realiza en sólo cinco horas, garantizando una conducción entre 14 y 16 horas en condiciones de tráfico denso urbano e interurbano, con una velocidad media de 17 km/h. Así, el Irizar i2e presenta un consumo entre 1,5 kWh y 1,88 kWh, por cada kilómetro recorrido, en función de la autonomía recorrida (^{IRIZAR GROUP, 2017})

En la Tabla 4 , se presentan las características técnicas y económicas de los Autobuses eléctricos seleccionados para la estimación del consumo energético de un sistema de transporte eléctrico en la ciudad de Ambato.

En la Tabla 5, se presenta el consumo energético para cada una de las líneas de las diferentes cooperativas que operan el sistema de transporte público de la ciudad de Ambato, considerando que todos los vehículos de combustión interna han sido reemplazados por Autobuses eléctricos. El estudio se ha realizado con los datos de las características técnicas de los Autobuses eléctricos presentados en la Tabla 4.

6. ESTIMACIÓN DEL COSTE ECONÓMICO Y EMISIONES CO2 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE FÓSIL

7. ESTIMACIÓN DEL COSTE ECONÓMICO Y EMISIONES CO2 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE ELÉCTRICO

8. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE EVALUADOS

En la Tabla 9 se presentan los resultados de consumo energético, coste económico e impacto medioambiental durante un año para el sistema de transporte fósil, actualmente existente en la ciudad de Ambato, y para un futuro sistema de transporte que integre Autobuses eléctricos en sustitución de las unidades convencionales con motores de combustión.

9. CONCLUSIONES

En la actualidad, la sustitución de Autobuses eléctricos en el transporte urbano de la ciudad de Ambato es técnicamente viable gracias al desarrollo tecnológico de los sistemas de transporte masivos eléctricos.

En el artículo, se presenta el cálculo del consumo energético fósil del transporte urbano en Ambato y de su correspondiente consumo eléctrico en el caso de que todos los Autobuses de la ciudad sean reemplazados por vehículos eléctricos.

El estudio realizado demuestra que la sustitución de Autobuses con motores de combustión por Autobuses eléctricos supondría una reducción anual en el consumo energético fósil equivalente a 511 TJ. El país reduciría sus importaciones en 3 millones 180 mil 760 galones de diésel al año. El consumo eléctrico correspondiente a los Autobuses eléctricos es igual a 39 mil 099 MWh por año equivalente a 140,66 TJ. El consumo de los Autobuses eléctricos en Ambato permitiría reducir el consumo energético en el transporte público urbano de 511 TJ a 140,66 TJ.

La reducción de las importaciones en el volumen anteriormente indicado implicaría un ahorro anual de 3 millones 517 mil 920 dólares, considerando un precio por galón importado de 1,106 dólares. Por otro lado, el coste del consumo eléctrico de los Autobuses eléctricos sería igual a 1 millón 953 mil 748 dólares al año. Adicionalmente, se obtendría un ahorro de 24 mil 774 toneladas equivalentes de CO2 emitidas a la atmósfera.