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ACTAS ENERGIA Y CAMBIO CLIMATICO NOMBRE DEL TRABAJO

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ACTAS
ENERGIA Y CAMBIO CLIMATICO
NOMBRE DEL TRABAJO
AUTORES
PÁGINA
Evaluacion del impacto ambiental del uso de mezcla EthanolGasolina en Chile
Morales, Quintero y Aroca
p1-9
planificar la preservacion de las areas colectoras, como
estrategia hacia la micro generacion energetica urbana
Mesa y Giusso
p10-20
La influencia de la conformacion urbana y edilicia en el
asoleamiento y comportamiento energetico final de los
edificiones
Ledesma, Nota y Gonzalez
p21-34
Eficiencia ambiental urbana y arquitectonica en el area centrol Mosconi, Bracalenti, Diaz, Vazquez, Duca,
de la Ciudad de Rosario, Argentina
Omelianiuk y Cortes
p35-46
Eficiencia energetica en el transporte Vehiculos a GNC y
electronicos
Gil y Prieto
p47-63
Viviendas existentes en la ciudad de Mendoza, Argentina.
Auditoria, propuestas y criterios guia para la rehabilitacion
ambiental de la envolvente
Ganem, Coch y Esteves
p64-73
Canales viales urbanos forestados del area metropolitana de
Mendoza. Impacto sobre las condiciones de confort termica
exterior y el consumo energetico residencial.
Ruiz, Correa Cantaolube, Norma, Lesino
p74-86
CONSTRUCCION SUSTENTABLE
Ahorro energetico en la construccion de viviendas con
SIRASOL, en el centro oeste de la Republica Argentina
Mercado y Esteves
p87-97
Iluminacion irradiancia en la estacion de medicion IDMP-CCT
Monteoliva y Pattini
p98-106
Sistema hibrido de energia de iluminacion con LED
Di Pratula, Guillermo , Anton , Rossi y
Bocero
p107-116
Propuesta de mejores tecnologicas en barrios residenciales de
baja densidad, basados en los requerimientos energeticos
asociados a la climatizacion
Herrera, Mesa, Gomez Piovano
p117-126
Cubiertas verdes como herramienta para la mitigacion de isla
de calor en areas urbanas de la Cuidad de Buenos Aires
Leveratto, Gonzalez Otharan, Fernandez
Bados, Propati, Reobo y Satelier
p127-137
Enfriamiento pasivo. Tecnologias de envolvente eficientes
energetica y ambientalmente
Alchapar y Correa
p138-149
Un sistema de certificacion de sustentabilidad en edificios
para la Argentina
Jasper
p150-155
La tecnica como factor de orientacion en la costruccion
sustentable y la sintaxis arquiectonica. Comparacion de modo
constructivo
Gelardi y Esteves
p156-166
Pautas para el diseno de plazas urbanas en zonas aridas. El
caso de la Cuidad de Mendoza,Argentina.
Stocco
p167-175
Es aconsejable la doble piel de vidrio en climas con alta
radiacion social?
Rengifo y Flores Larsen
p176-186
El aporte de la normalizacion en la construccion sostenible y
en la energia solar termica/ fotovoltaica
Yonar y Roncoroni
p187-195
Mezclas con baja proporcion de Cemento u otros ligantes
aplicables a Materiales y Tecnicas Constructivas utilizando
Papel Reciclable y Fibras Naturales en su Composicion/
Proyecto SI TRP 18 FADU UBA
Caruso y Yajnes
p196-209
Recursos en Residuos, hormigones con incorporacion de
agregados provenientes de residuos en productos de
construccion con generacion de empleo verde
Yajnes
p210-225
USO Y GENERACION LOCAL DE LA ENERGIA
Proyecto IRESUD> Primeros ejemplos de Energia Solar
Fotovoltanica Integrada a la Arquitectura (BIPV) ene l pais
Eyras, Duran, Parisi, Eyras y Alvarez
p226-234
Analisis de la energia solar disponible en el area
metropolitana de Buenos Aires- AMBA-
Grossi Gallegos y Coquet
p235-241
Barreras para el desarrollo de la Energia Solar Termica en
Argetina/ Amortizacion de los equipos solares hidridos
Gil, Prieto y Iannelli
p242-254
Mapas solares, como medio de divulgacion de sistema de
energia solar domestica
Troncoso Valencia, Garcia Alvarado, Lund
y WegertsederMartinez
p255-262
Comparacion de colectores solares planos y de tubos
evacuados, ensayados bajo norma IRAM 210002
Navntoft, Garreta, Nores Pondal, Fischer,
Garcia Zuloaga, Purucker y Scheinkman
p263-273
Fundamentacion tecnica para la reglamentacion de la Ley
4024 de la cuidad de Buenos Aires
Navntoft, Garreta, Lason, Pracchia, Zitzer,
Alvarez, Gonzalez Otharan y Lo Scrudato
p274-283
Energia Solar termica en empresas
De Benedictis y Bartoli
p284-291
Proyecto IRESUD>analisis del desempeno de inversores de
corriente continua a corriente alterna para inyeccion de
energia solar fotovoltaica a la red de baja tension.
Socolovsky, Martinez Bogado, Jakimczyk,
Godfrin y Duran
p292-301
aplicación de logica difusa para la determinacion del estado
de carga de acumuladores electricos en sistemas de provision
de energia autonomos
Farfan, Cadena y Villa
p302-312
Discos de irradiacion solar para la determinacion de
inclinaciones y orientaciones optimas de instalaciones solares
termicas y fotovoltaicas para la cuidad de buenos aires
Wallace, Novntoft y Garreta
p313-320
Escenarios de alta penetracion de energia solar distribuida
enCABA
Pedace
p321-331
Generacion renovable distribuida de energia electrica en
argentina: una hoja de ruta tecnologica
Tuccillo
p332-347
Arquitectura de sistemas para generacion fotovoltaica en el
ambiente urbano
Bragagnolo, Duran, Godfrin, Eyras,
Socolovsky, Copa y Wallace
p348-360
ABSTRACT
Abstract #1> "La importancia de los espacios verdes urbanos
HQXQFRQWH[WRGHFDPELRFOLPiWLFR´
Vespasiano Cecilia, Giuffré Lidia y
%HQLWR*DEULHOD³
p1
$EVWUDFW!³8QDXODGHOD)DFXOWDGGH$UTXLWHFWXUD
Evaluación térmico-HQHUJpWLFD\VLPXODFLyQFRQ(QHUJ\3OXV´
Cristian Dal Bianco, Mariela
Marcilese y Jorge Czajkowski
p1
$EVWUDFW!³,QVWDODFLyQ3LORWRGHXQJHQHUDGRUIRWRYROWDLFR
en la Facultad de Informática de la UNLP"
Claudia Guidone.
p2
Abstract #4> ³6(&8(6752'(&$5%212(168(/26%$-2
$*5,&8/785$85%$1$´
Civeira Gabriela
p2-3
$EVWUDFW!³9$5,$%/(66,*1,),&$7,9$63$5$/$
DETERMINACIÓN DEL DISEÑO URBANO DE BARRIOS
RESIDENCIALES EN ENTORNOS DE BAJA DENSIDAD DEL ÁREA
METROPOLITANA DE MENDOZA. Evaluación de estrategias de
DKRUURHQHUJpWLFRHQODHGLOLFLDXUEDQD´
Herrera, María Marta y Mesa,
Alejandro.
p3
$EVWUDFW!³',675,%87('5(1(:$%/(*(1(5$7,212)
ELECTRICITY IN ARGENTINA: A TECHNOLOGY ROADMAP"
MPhil. Ing. Julian Ignacio Tuccillo
p4-5
$EVWUDFW!³%2648(61$7,926%,2(1(5*Ë$<&$0%,2
&/,0È7,&2´
Noemí Ontiveros Silvina, Silvina
Magdalena Manrique y Judith
Franco.
p5
$EVWUDFW!³([SHULHQFLDVGH*HVWLyQHQ&RQVXPRGH(QHUJtD
(OpFWULFDHQ(GLILFLRV0XQLFLSDOHV³5RVDULR´$SOLFDFLyn a la
FLXGDGGH5RVDULR³
Dr. Rubén D. Piacentini, Ing.
Marcelo G. Vega, HT Érica A.
Colom, TCO Raúl Riganti y Téc.
Química Laura Tosello.
p6
Abstract #9> ³(ILFLHQFLDHQHUJpWLFD\HQHOXVRGHPDWHULDOHVHQ
viviendas de interés social construidas y habitadas con criterio
VXVWHQWDEOH´
Dr. Rubén Piacentini , Ing. Jorge
Adue, Ing. Marcelo Vega, Arq.
Cristina Cervera, Arq. Natalia
Feldman, Dr. Alejandro Pelfini,
Mgter. Adrián Beling y Prof. Karl
Bohmer.
p7
$EVWUDFW!³352<(&723$5$81$)8(17('((1(5*Ë$
5(129$%/(327(17(,1$*27$%/(<6,1&267(6´
RENZO CANTARELLI
p7-8
Abstract #11> ³$QiOLVLVGHODHQHUJtDVRODUGLVSRQLEOHHQHOÈUHD
Metropolitana de Buenos Aires ± $0%$´
Hugo Grossi Gallegos y Eduardo
Coquet.
p8
$EVWUDFW!³(VWXGLRGHFDOHQWDGRUGHDJXDVRODUGHWXERV
de vacio termosifonico. Capacidad de calentamiento Estacional´
$GULDQ)'¶$QGUHD6HEDVWLDQ/
Russillo, Jorge A. Caminos.
p9
$EVWUDFW!³/DIXVLyQQXFOHDU± Energía accesible,
FRQWURODEOHLQWHUPLQDEOH\VXVWHQWDEOH´
Alejandro Carlos Giardino.
p10
Abstract #14> ³$&(5&$'(/$61250$6%5$6,/(f$6'(
'(6(03(f27e50,&2(19,9,(1'$6<68$3/,&$&,Ï1´
Gabriela Reus y Jorge Czajkowski.
p10-11
$EVWUDFW!³5HFXUVRVHQ5HVLGXRVKRUPLJRQHVFRQ
incorporación de agregados provenientes de residuos en
productos de construFFLyQFRQJHQHUDFLyQGHHPSOHRYHUGH´
Yajnes Marta Edith, Sutelman
Silvana, Caruso Susana, Tosi Lucia
y Perez Moreno Agustina
p11
$EVWUDFW!³)DWRUHVTXHLQWHUIHUHPQD3URGXWLYLGDGHGH
6LVWHPDV)RWRYROWDLFRV&RQHFWDGRVD5HGH(OWULFD´
Jair Urbanetz Junior, Henrique
Marin VanDer Broocke Campos, Ana
Katherine Rodríguez Manrique, Eloy
Fassi Casagrande Junior y Gerson
Máximo Tiepolo.
p12-13
$EVWUDFW!³1LYHOHVGH3RWHQFLDOLGDG6RODU8UEDQDSRU
Tipologías Residenciales en Concepción, Chile
Paulina Wegertseder Martínez,
Maureen Trebilcock Kelly, Rodrigo
García Alvarado y Lorena Troncoso
Valencia
p13-14
Abstract #18> ³,QWHJUDFLyQGH&ULWHULRVGH'HVHPSHxRVHQHO
Mejoramiento Energético-Ambiental de Viviendas Sociales
([LVWHQWHVHQ&KLOH³8QLYHUVLGDGGHO%LR-Bio)
Paulina Wegertseder Martínez y
Maureen Trebilcock Kelly.
p14
Abstract#19>"SISTEMA DE BIELA ARTICULADA POR MANIVELA
3$5$0272567,5/,1*'(7,32/2*Ë$$/)$´
ROS, MARIO ALBERTO
p15
$EVWUDFW!³3UR\HFWR,5(68'3ULPHURVHMHPSORVGH
Energía Solar Fotovoltaica integrada a la Arquitectura (BIPV) en
HOSDtV´
Ismael H. Eyras , Julio C. Durán,
Francisco Parisi, Ramón Eyras y
Ramón Eyras .
p15-16
$EVWUDFW!³6LVWHPD+tEULGRGH(QHUJtDSDUD6LVWHPDGH
,OXPLQDFLyQFRQ/HG´
Dr. Ing. di Prátula, Horacio R. ,
Mg. Ing. Guillermo Eduardo , Mg.
Ing. Antón Marcelo , Esp. Ing. Rossi
Andrea y Esp. Ing. Bocero Rodolfo
p17
$EVWUDFW!³6867(17$%,/,'$''(/&$/(17$0,(172'(
$*8$&21(1(5*Ë$62/$5(19,9,(1'$681,)$0,/,$5(6´
Enrique Albizzati,
p18
Christian Navntoft*; Fabian
Garreta, Anahi Lanson, Jorge
$EVWUDFW!³)XQGDPHQWDFLyQWpFQLFDSDUDODUHJODPHQWDFLyQ
Pracchia, Alejandro Zitzer, Marcelo
GHOD/(<GHODFLXGDGGH%XHQRV$LUHV´
Alvarez, Florencia Gonzalez Otharan
y Virgina Lo Scrudato.
p19
$EVWUDFW!³(QHUJLD5HQRYDEOHSDUDOD3DWDJRQLD$UJHQWLQD
Proveyendo soluciones sustentables a comunidades nativas que
VHHQFXHQWUDQDLVODGDVGHODUHG´
Cecilia Maitland Heriot, Jose
Tierno, y Leandro Galzenati.
p19
$EVWUDFW!³$1$/,6,6'(/&203257$0,(1727(50,&2'(
UNA VIVIENDA SOCIAL MEJORADA EN CATAMARCA,
87,/,=$1'26,0(',)´
Lucio Augusto Molas, Carlos Dante
Rodríguez, Pedro David Foresi y
Mariana Melnik.
p20
$EVWUDFW!&³'LVFRVGHLUUDGLDFLyQVRODUSDUDOD
determinación de inclinaciones y orientaciones óptimas de
instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas para la Ciudad de
%XHQRV$LUHV´
ristian Lucas Wallace , Christian
Navntoft y Fabian Garreta
p21
Abstract #27> ³8VRGHDOJRULWPRVJHQpWLFRVSDUDOD
optimización de aprovechamiento solar en el diseño urbano
ELRDPELHQWDO´
Patricia Edith Camporeale
p22
Abstract !³$SURYHFKDPLHQWRGH)XHQWHVGH(QHUJtD
5HQRYDEOHLQWUtQVHFDV\H[WHUQDVDXQHGLILFLRGHYDULRVSLVRV´
MSc. Ing. Carlos V. M. Labriola y Sr.
Pablo Padilla.
p22
Abstract #29> ³7pFQLFDVLQQRYDGRUDVHQ*HQHUDFLyQGH(QHUJtD Casimiro Pablo Wisznienski y Mario
/LPSLD/RFDO´
Jorge Campetelli.
p23
Abstract #30> ³(9$/8$&,Ï10,&52(&21Ï0,&$
TÉRMICOENERGÉTICA UNITARIA DE ENVOLVENTES
(',/,&,$6´
Halimi Cristina Sulaiman.
p24
Abstract #31> ³0RGHODGRPDWHPiWLFR\GHWHUPLQDFLyQGHO
rendimiento de dos colectores de absorbedor polimérico según
HVWiQGDUHVQDFLRQDOHV´
Federico Nores Pondal, Christian
Navntoft, Alejandro Takeda, Walter
Ranieri y Jorge Follari.
p25
Abstract #32> . ³(678',2&203$5$7,92'($/7(51$7,9$6
DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD CON DIFERENTES
BIOCOMBUSTIBLES"
María Belén Migone y Jorge A.
Hilbert
p25
$EVWUDFW!³0H]FODVFRQEDMDSURSRUFLyQGH&HPHQWRX
otros ligantes aplicables a Materiales y Técnicas Constructivas
utilizando Papel Reciclado y Fibras Naturales en su
&RPSRVLFLyQ´
Susana Ines Caruso y Marta Edith
Yajnes
p26-27
Christian Navntoft, Fabian Garreta,
Federico Nores Pondal, Federico
$EVWUDFW!³&RPSDUDFLyQGHFROHFWRUHVVRODUHVSODQRV\GH
Antonio Yonar, Maximiliano Fischer,
WXERVHYDFXDGRVHQVD\DGRVEDMRQRUPD,5$0´
Gabriel Zuloaga, Martin purucker, y
Mariano Sheinckman.
p27
$EVWUDFW!³0yGXORDQILELRDXWRVXVWHQWDEOH´
Susana Ines Caruso, Liliana Amielli,
Silvia Rossi y Dante Muñoz.
p27-28
Abstract #36> "Viviendas existentes en la ciudad de Mendoza,
Argentina. Auditoría, propuestas y criterios guía para la
UHKDELOLWDFLyQDPELHQWDOGHODHQYROYHQWH´
Carolina Ganem, Alfredo Esteves y
Helena Coch.
p28
Abstract #37> ³*HQHUDFLyQGHHQHUJtDVRODUDJUDQHVFDOD
3DUTXH6RODU³/DV4XLMDGDV³´
Nicolás Altamirano, Jorge Chirino Y
Mariana Aguilar
p29
Abstract #38> ³6XVWHQWDELOLGDGHQODVFRQVWUXFFLRQHV
aprovechamiento de energías renovables para abastecer
GHPDQGDGHDJXDFDOLHQWHGHO+RWHO/RV6LORV3XHUWR6DQWD)H³
Arq. Diego Guerra , Ing. María
Laura Berros Y Arq. Pablo Bee.
p30
Abstract #39> ³$FHUR\&HPHQWR(PLVLRQHV\&RQVXPR
Energético asociado a los materiales de construcción en
Venezuela."
JOSÉ GREGORIO ZAPATA NIEVES
p31
$EVWUDFW!³3ODQHDPLHQWR$PELHQWDOPHQWH5HVSRQVDEOH\
0HMRUHV3UiFWLFDVSDUDOD(GLILFDFLyQGHOD9LOOD2OtPSLFD´
Arq. Héctor Lostri, y Mg. Fernando
Álvarez de Celis
p31-32
$EVWUDFW!³&ULWHULRVGHVXVWHQWDELOLGDGSDUDODDGDSWDFLyQ
climática de Buenos Aires. De la planificación a la construcción
VXVWHQWDEOH´
Arq. Héctor Lostri y Mg. Fernando
Álvarez de Celis
p32
$EVWUDFW!³0DSDVVRODUHVFRPRPHGLRGHGLYXOJDFLyQGH
VLVWHPDVGHHQHUJtDVRODUGRPpVWLFD´
Lorena Troncoso Valencia, Maureen
Trebilcock Kelly, Rodrigo Garcia
Alvarado y Paulina Wegertseder
Martínez.
p33
$EVWUDFW!³$QiOLVLVGHODHILFLHQFLDHQHUJpWLFDGHXQHGLILFLR
de oficinas e incorporación de aspectos de arquitectura
VXVWHQWDEOH³
Arq. Pablo D. Beer , Dr. Miguel
Angle lara y Ing. María Laura
Berros.
p34
$EVWUDFW!³6LVWHPD)RWRYROWDLFRGHO Edificio de la
³/HJLVODWXUDGHOD&XLGDGGH%XHQRV$LUHV-Descripcion y
5HVXOWDGRVGH0HGLFLRQ´
Pracchia Jorge Alberto, Salgado
José Emilio y Fischer Maximiliano.
p34
Abstract #45> ³8VRUDFLRQDOGHHQHUJtD\JHQHUDFLyQ
fotovoltaica conectada a red: una combinación que abre camino
DODVHQHUJtDVUHQRYDEOHVHQHOSDUWLFXODUFRQWH[WRDUJHQWLQR´
VERÓNICA MERECEDES JAVI y
ADA JUDITH FRANCO.
p35
$EVWUDFW!³3ROtWLFDSDUDHO'HVDUURllo de la Microgeneración
HQHO8UXJXD\³
Maria Pía Olave, Wilson Sierra y
Martín Scarone
p36
Abstract #47> ³3ROtWLFDSDUDHO'HVDUUROORGHOD(QHUJtD6RODU
7pUPLFDHQHOVHFWRUUHVLGHQFLDOHQHO8UXJXD\3ODQ6RODU´
Laura Estrella, Wilson Sierra, Martín
Scarone y María Pía Olave
p36
$EVWUDFW!³6,67(0$6$1,'2/,'263$5$(/$+2552
(1(5*e7,&2(1(63$&,26,17(5,25(6³
Ferrón, Leandro Martín Villalba,
Ayelén , Pattini, Andrea Elvira ,
García, Víctor y Iriarte, Adolfo
p37
$EVWUDFW!³$VSHFWRVWpFQLFRVGHODFRQH[LyQDUHGGHN:
de energía fotogenerada en Salta: relato de un trabajo
FRRSHUDWLYRLQWHULQVWLWXFLRQDO´
Carlos Caniza, Víctor Hugo Serrano
y Verónica Javi
p37
Abstract #50> ³3ODQLILFDUODSUHVHUYDFLyQGHODViUHDV
colectoras, como estrategia hacia la micro generación
HQHUJpWLFDXUEDQD´
Alejandro Mesa y Cecilia Giusso
p38
$EVWUDFW!³+8(//$'(&$5%212&202,1',&$'25
(675$7e*,&2´
Diego M. Ezcurr
p39
Abstract #52> ³,6LVWHPD)RWRYROWDLFR&RQHFWDGR5HGHHP
Macei.-ƒ‹%UDVLO*HUDRH8WLOL]DRGD(QHUJLD*HUDGD´
Igor Cavalcante Torres, Elielza
Moura de Souza Barbosa, Chigueru
Tiba y Rinaldo de Oliveira Melo.
p39
$EVWUDFW!³352'8&&,Ï1'(%,2&20%867,%/(6$3$57,R
'(0,&52$/*$6(1(/1257($5*(17,12´
Nancy Mabel González Leiva, Judith
Franco y Silvina Manrrique.
p40
Abstract #54> ³'HVDItRVGHODFFHVRDOVRO\DODOX]QDWXUDOHQ
OD&LXGDGGH%XHQRV$LUHV\HO$0%$´
Gabriela A. Casabianca y María V.
Snoj
p41
Néstor Armando Nova Arévalo,
$EVWUDFW!³0RGHORVGHSURGXFFLyQHQSURFHVRVSOiVWLFRVHQ
Johan Alexander Rincon Gualdrón y
Bogotá con Uso Racional de la Energía ± 85(´
Wilson Alexander Pinzon Rueda.
p42
$EVWUDFW!³&RQWHQLGRVSDUDOHJLVODFLyQVREUHuso e
LQFHQWLYRGHODV(QHUJtDV5HQRYDEOHV´
Fernando Tilca y Irene Soler.
p43
$EVWUDFW!³$SOLFDFLRQGHXQFRQFHQWUDGRUVRODUFLOLQGULFR
parabolico en la generacion de vapor para uso industrial y
GRPHVWLFR´
Jorge Daghero, Javier Garnica y
Enrique Mariotti.
p43
$EVWUDFW!³$8',725,$(1(5*(7,&$'(/7$//(5'(
MECANICA DE LA UNSE. CAMPAÑA DE MEDICIONES Y
ANALISIS IGROTERMICO PARA LOS MESES DE JULIO, AGOSTO
<6(37,(0%5(³
GALLIPOLITI, VIRGINIA A. ,
SOGARI, NOEMI C. y FERREIRO,
ALEJANDRO R.
p44
$EVWUDFW!³(5'9(/ (QHUJtDV5HQRYDEOHV
'LVWULEXLGDV9HKtFXORV(OpFWULFRV/LYLDQRV´
Pablo E. Catalá y José L. Napoleoni
p44
$EVWUDFW!³5$',Ï0(7526)27292/7$,&26
'(6$552//$'26(1/$&1($´
Mariana J. L. Tamasi, Monica. G.
Martínez Bogado, Claudio G. Bolzi y
Daniel Raggio
p45
$EVWUDFW!³/$7,(55$&202$&21',&,21$'25
1$758$/'($,5($SURYHFKDPLHQWRGHHQHUJtDJHRWpUPLFD´
Salvador Gil, Jorge Fiora y Leila
Ianelli.
p46
$EVWUDFW!³,QJHQLHUtDHQ(QHUJtDHQOD816$0´
Salvador Gil y Francisco Parisi
p46
$EVWUDFW!³%DUUHUDVDO'HVDUUROOR(QHUJtD6RODU7pUPLFDHQ
Argentina"
Salvador Gil, Roberto Prieto , Leila
Ianelli y Juan Cáseres Pacheco.
p47
Abstract #64> error
p47
Abstract #65> "Racionalización en el calentamiento de agua
sanitaria.Una oportunidad para disminuir nuestras
importaciones de gas"
Salvador Gil, y Roberto Prieto
p47
$EVWUDFW!³5HJXODFLyQUDFLRQDOGHWHUPRVWDWRVXQPRGR
simple de ahorrar energía en calefacción y UHIULJHUDFLyQ´
Salvador Gil, y Roberto Prieto
p48
$EVWUDFW!³(),&,(1&,$$0%,(17$/85%$1$<
ARQUITECTONICA DEL AREA CENTRAL DE LA CIUDAD DE
526$5,2$5*(17,1$´
Mosconi P., Bracalenti L., Cortés A.
y Díaz N.
p48
Abstract #68> ³5()5,*(5$'25(662/$5(63$5$862
'20e67,&2<585$/³
Ernesto Cyrulies, Rodolfo Echarri,
Andrés Sartarelli, y Sergio Vera
p49
$EVWUDFW!³%DUUHUDVOHJDOHV\UHJXODWRULDVSDUDHO
desarrollo de las energías renovables distribuidas en las
ciudades de OD$UJHQWLQD3URSXHVWDVSDUDVXVXSHUDFLyQ´
Nicolas Eliaschev
p50
$EVWUDFW!³&$0%,2&/,0È7,&2<'(6,*8$/
DISTRIBUCIÓN DE RECURSOS NATURALES: SOLUCIONES
RENZO CANTARELLI
p51
$EVWUDFW!³Metodología para la implementación de
sistemas solares térmicos y fotovoltaicos en establecimientos
KRVSLWDODULRV³
Alberto Nope Bernal
p52
$EVWUDFW!³'(6$552//2'(&21&(175$'25(6
SOLARES ÓPTICOS PARA LA GENERACION DE ENERGIA
7(50,&$´
L.C.Martorelli, F.Cervini, A.Biotti ,
Marcela Costanzo, German Haag,
L.Chiessa, y C.Alvarez Martini
p53
$EVWUDFW!³&RQVWUXFFLyQ\HQVD\RGH*HQHUDGRUHOpFWULFR
sincrónico de imán permanente destinado a ser incluido en un
VLVWHPD5DQNLQH2UJiQLFRGHHVFDODUHGXFLGD´
Aníbal Oscar Gomez Khairallah,
Carlos Alberto Cattaneo y Ulises
Oscar Gomez Khairallah
p54
$EVWUDFW!³$QiOLVLVSUHOLPLQDUGHOXVRGHHQHUJtDVRODU
WpUPLFDFRQFHQWUDGDHQ$UJHQWLQD³
CLAVIN, Maria Florencia
p55
Abstract #75> ³(QHUJtDV5HQRYDEOHVSDUDHO'HVDUUROOR6RFLR
Económico de Poblaciones Aisladas de Latinoamérica([SHULHQFLDV3URSLDV´
EMILIO GUDEMOS
p55
Abstract #76> ³(YROXFLyQGHOSXOPyQGHPDQ]DQDHQHOKiELWDW
construido de la ciudad de Mendoza. Consecuencias energético
- DPELHQWDOHV³
María Emilia Balmaceda Licciardo,
María Alicia Cantón, y Erica Norma
Correa Cantaolube
p56
$EVWUDFW!³6RVWHQLELOLGDGHQHUJptica y ambiental de los
esquemas de urbanización utilizados en el piedemonte del Gran
0HQGR]D´
Ana Laura Castillo y Erica Norma,
Correa Cantaloube.
p57
Abstract #78> ³&$1$/(69,$/(685%$126)25(67$'26'(/
ÁREA METROPOLITANA DE MENDOZA. Impacto sobre las
condiciones de confort térmico exterior y el consumo energético
UHVLGHQFLDO´
María Angélica Ruiz, Erica Norma
Correa Cantaloube y Graciela
Lesino.
p58
Abstract #79!³¢&LXGDGFRPSDFWDRFLXGDGRDVLV"
Comportamiento térmico de ambos esquemas en la baja
densidad edilicia de una ciudad de zona árida. El caso de la
ciudad de Mendoza"
Maria Belena Sosa, Erica Correa
Cantaloube y Maria Alicia Canton
p59
Abstract #80> . ³,/80,1$1&,$,55$',$1&,$(1/$(67$&,Ï1
DE MEDICIÓN IDMP-CCT CONICET Mendoza.
Andrea Pattini y Juan Manuel
Monteoliva
p60
$EVWUDFW!³(),&,(1&,$(1(5*e7,&$'(9(17$1$6
ÍNDICES PARA SU CLASIFICACIÓN Y ETIQUETADO
(1(5*e7,&2´
Andrea Pattini, Ayelén Villalba,
Érica Correa, Jorge C. Fernández
Llano y Maureen de Gastines
p60
$EVWUDFW!³(QHUJtD6RODUWpUPLFDHQHPSUHVDV³
Pablo De Benedictis y Julian Bartoli.
p61
Abstract #83> ³INTEGRACIÓN FOTOVOLTAICA EN LA
ENVOLVENTE VERTICAL DE LA VIVIENDA COLECTIVA
INTEGRACIÓN FOTOVOLTAICA EN LA ENVOLVENTE VERTICAL
'(/$9,9,(1'$&2/(&7,9$³
Javier Guarachi Flores , Jaime Jofré
Muñoz y Maureen Trebilcook
p62
$EVWUDFW!³(VWUDWHJLDVGHSODnificación urbana para el
aprovechamiento de la radiación solar para implementación de
energía solar fotovoltaica. Caso de estudio Ciudad Autónoma de
Buenos Aires.
Vagge, Carolina Soledad, Salvetti,
María Belén y Eyras, Ismael
p62
$EVWUDFW!³,QYHVWigación y Desarrollo en Energía Solar
)RWRYROWDLFDHQHO'HSDUWDPHQWR(QHUJtD6RODUGHOD&1($´
Martín Alurralde, Marcela Barrera,
M. Luján Ibarra, Javier García ,
Paula Giudici, Elena Godfrin,
Alejandro Koffman, M. Dolores
Perez, Juan Plá, Hernán Socolovsky
y Exequiel Yaccuzzi
p63
Abstract #86> D³Aplicación de sistemas de información
geográfica para la evaluación del potencial del uso de energía
solar en edificaciones comerciales e industriales. Caso Panamá.
³
Laguna, Diana, Martínez, Noris y
Díaz, Rhon
p64
Abstract #87> Evaluación de la factibilidad tecno-económica
de un sistema de adsorción con colectores solares térmicos para
acondicionamiento de aire. Caso Panamá
RHONA DIAZ y ANEL MITRE
p65
$EVWUDFW!³Fomento de la energía solar térmica.
Nicolás Daher
p65
$EVWUDFW!³([SHULHQFLDHQHO8UXJXD\GHOD&RQH[LyQGH
Generación de fuente Fotovoltaica a Redes de Baja Tensión del
'LVWULEXLGRU´
Ing Tomas Di Lavello Mussi
p66
Abstract #90>³(ODSRUWHGHODQRUPDOL]DFLyQHQODFRQVWUXFFLyQ
VRVWHQLEOH\HQODHQHUJtDVRODUWpUPLFDIRWRYROWDLFD´
Sr. Federico Yonar y Ing. Verónica
Roncoroni
p67
Abstract #91>³(QYLURQPHQWDO,PSDFW$VVHVVPHQWRI8VLQJ
Ethanol-°©Ǧ*DVROLQH%OHQGLQ&KLOH´
Marjorie Morales, Julián Quintero y
Germán Aroca.
p67
$EVWUDFW!³35238(67$6'(&216758&&,Ï1
SUSTENTABLE EN EL PROYECTO DE LA CASA MARMOL.
35,0(5&$6$6867(17$%/('(/1($³
MARIO RUBEN y DARIO
FERNANDO BERENT,
p68
Abstract #93> ³3DXWDVSDUDHO',6(f2GH3/$=$685%$1$6
EN ZONAS ÁRIDAS. El caso de la ciudad de Mendoza,
$UJHQWLQD´
Stocco Susana,Erica Correa y Alicia
Cantón
p69
Abstract # 94> ´DEMOCRATIZACIÓN DE LA ENERGÍA
(/e&75,&$3$5$81'(6$552//26867(17$%/(´
Adaro, Jorge A., Lema, Alba I.
Morsetto, Jorge M. Pontin, María I,
Zilleti, María N. ,
p70
$EVWUDFW!³(ODERUDFLyQGH0HWRGRORJtDGHFHUWLILFDFLyQGH
sustentabilidad para la construcción para Argentina y la Región
Martin Albert Jasper
p70
Abstract #96> ³3LVRV\SDUHGHVUDGLDQWHVKLGUyQLFRV
calefaccionados mediante energía solar: experiencias en la
FLXGDGGH6DOWD$UJHQWLQD´
Luis Cardon y Franco Mendoza
p71
$EVWUDFW!³0(-25$0,(172(1(/'(6(03(f27e50,&2
DE UN HORNO SOLAR MEDIANTE EL USO DE MATERIAL DE
&$0%,2'()$6(´
Morsetto, Jorge A , Lema, Alba I.,
Pontin, María I., Lucchini, Martín,y
Garnica, Javier
p72
$EVWUDFW!³021,725(2<(9$/8$&,Ï1'(/862'(/$
ENERGÍA Y DEL COMPORTAMIENTO DEL USUARIO DE
EDIFICIOS DE OFICINA
Alamino Naranjo, Yesica , Alonso
Frank, Alcion de las Pleyades ,
Kuchen, Ernesto y Gil Rostoll, Maria
Celeste
p72
$EVWUDFW!³',6(f2&216758&&,Ï1<(9$/8$&,Ï1'(
UN SECADERO SOLAR DE CABINA Y COLECTOR DE TUBOS DE
$*8$´
Pontin, María I., Lema, Alba I.,
Morsetto, Jorge A. , Garnica, Javier
y Lucchini, Martín
p73
$EVWUDFW!³/LQHDPLHQWRVSDUDODLPSOHPHQWDFLRtQGHXQ
sistema energeítico hibrido eoílico-solar-biomaísico, con
almacenamiento en forma de hidroígeno. Propuesta para el
abastecimiento sustentable de la demanda energeítica en el
SDUDMH(O'XUD]QR&RtUGRED$UJHQWLQD´
Melania Tarquino y C. Ramiro
Rodriguez
p73
$EVWUDFW!³(VFHQDULRVGHDOWDSHQHWUDFLRQGHHQHUJLDVRODU
GLVWULEXLGDHQ&$%$´
Roque Pedace
p74
Abstract #102> ³&$5$&7(5,=$&,Ï1'(/$352'8&&,Ï1'(
ENERGÍA PRODUCIDA POR UN SISTEMA HCPV EN
&21',&,21(65($/(6'(23(5$&,Ï1´
Francisco José Buelvas Uribe, Olga
de Castro Vilela, Elielza Moura
Barbosa de Souza, Naum
Fraidenraich y Douglas Ramos
Velozo.
p75
Abstract !³(QHUJtD6RODU)RWRYROWDLFD± Integración
DUTXLWHFWyQLFDHQHGLILFLRVGHSURSLHGDGKRUL]RQWDOHQDOWXUD´
Salvetti, María Belén, Vagge,
Carolina Soledad, Eyras, Ismael,
Czajkowski, Jorge , y Gómez,
Analía.
p77
Abstract #104> . ³(9$/8$&,Ï1'(/$&20321(17(
REFLEJADA DE LA RADIACIÓN SOLAR VISIBLE EN ENTORNOS
URBANOS DE ALTA DENSIDAD. CASO DE ESTUDIO: MODELO
2$6,6'(/$&,8'$''(0(1'2=$´
CÓRICA, MARÍA LORENA y
PATTINI, ANDREA ELVIRA
p78
Abstract #105> ³$KRUURHQHUJpWLFRHQODFRQVWUXFFLyQGH
viviendas con SIRASOL, en el centro oeste de la Repúbllica
$UJHQWLQD´
María Victoria Mercado y Alfredo
Esteves
p79
$EVWUDFW!³3RWHQFLDOGHODWHFQRORJtDGHGLVFRV
parabolicos y motores Stirling en la ArgentLQD´
Ing. Nicolás Alberto Porello y Ing.
Gabriel Blanco
p79
Abstract #107 > ³Ahorro De Gas Natural A Partir De La
Implementación De Colectores De Tubos De Vacío En El Sector
Residencial Urbano. Viabilidad Técnica Y Económica ³
Brea, Bárbara, Stoll, Rodolfo,
Lucchini, Juan y Garnica, Javier.
p81
$EVWUDFW!³0HMRUDPLHQWRHQHUJpWLFRGHDXODVHVFRODUHV
con refrigeración pasiva: resultados de experiencias analizadas
HQHOWUySLFRFRVWDUULFHQVH´
Mag Arq. Emily Vargas Soto y Dr
Arq. Gerardo Saelzer Fuica.
p81
$EVWUDFW!³$UTXLWHFWXUDVGH6LVWHPDV3DUD*HQHUDFLyQ
)RWRYROWDLFDHQHO$PELHQWH8UEDQR´
Julio C. DURÁN, Elena M.
GODFRIN, Ismael EYRAS, Hernán
SOCOLOVSKY y Cristian WALLACE
p82
Abstract #110> ³&,8'$'9(5'(± propuesta para
intervención urbana - AMBIENTE Y SUSTENTABILIDAD EN LA
ARQUITECTURA Y LAS CIUDADES
GERARDO PREZ, JOSE KORDILAS,
MARIA VICTORIA VALENZUELA,
MARIA JOSE ROIBON, y MARIO
RUBEN BERENT,.
p83
Abstract #111> ³35238(67$6'(&216758&&,Ï1
SUSTENTABLE EN EL PROYECTO DEL CLUB ALEMÁN
$8675,$&2´
MARIO RUBEN BERENT,y DARIO
FERNANDO BERENT,
p84
Abstract #112> ³ANÁLISIS DEL DESEMPEÑO DE INVERSORES
DE CORRIENTE CONTINUA A CORRIENTE ALTERNA PARA
INYECCIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA A LA RED
(/e&75,&$'(%$-$7(16,Ï1´
Hernán P. Socolovsky, Mónica G.
Martínez Bogado, Jorge H.
Jakimczyk y Julio C. Durán
p85
Abstract #113> "ENFRIAMIENTO PASIVO. TECNOLOGÍAS DE
Noelia L. Alchapar y Erica N. Correa
(192/9(17((),&,(17(6(1(5*e7,&$<$0%,(17$/0(17(´
p86
$EVWUDFW!³$NÁLISIS Y PROPUESTAS PARA PRODUCCION
DE ELECTRICIDAD CON ENERGIA SOLAR EN EL SECTOR
RESIDENCIAL DEL GRAN SAN MIGUEL DE TUCUMÁN,
$5*(17,1$´
Matías Heredia, Beatriz Garzón, y
Virginia Soler Legname
p87
Abstract #115> ³/$%25$725,26'((1(5*Ë$62/$5
7e50,&$´
Federico Carlos Pescio, Pablo Martín
Cordi, Alejandro Chiavaralotti, Abel
Rodriguez, Gustavo Gil,
p87-88
Abstract #116> ³&$/,'$'<&$3$&,'$''(816,67(0$
)27292/7$,&2&21(&7$'2$/$5('(/e&75,&$´
Fabio Eduardo Zeniquel y Luis
Horacio Vera
p89
$EVWUDFW!³/$,55$',$1&,$/$75$0,7$1&,$</$
1250$7,9$,1&,'(1&,$(1(/',6(f2'(/$&,8'$'´
Adriana Edith Granero
p89
$EVWUDFW!³,QVWUXPHQWDFLyQHQHQWRUQRZHEGH
PHWRGRORJtDGHDQiOLVLVGHHQYROYHQWHV³
Halimi Sulaiman. Y Patricio G.
Cardó
p90
Abstract #119> ³(YDOXDFLyQGHQXHYDVWpFQLFDVGHPHGLFLyQ\
registros para la rehabilitación y reacondicionamiento térmico
de edificios patrimoniales habitacionales, Conjunto Chollin,
6FKZDJHUYDUHJLyQ&KLOH´
Natalia Caro Irarrazabal y Dr.
Rodrigo Garcia Alvarado.
p91
Abstract #120> IMPACTO DE LA GENERACIÓN FOTOVOLTAICA
SOBRE LAS ARMÓNICAS Y EL DESBALANCE EN LOS SISTEMAS
'(',675,%8&,Ï1´
Juan Carlos Gomez Targarona,
Sebastián Nesci y Leonardo
Sanchez
p92
Abstract #121> ³,QWHJUDWLQJSYSDQHOVDVHDYHVLQuniversitaru
building. Their GHG emission reduction potencial from a life
cycle perspective
alejandro Pablo Arena, German
Henderson, Carlos Bello, Leandro
Panella, Mario Martinez , Alberto
Salassa,
p93
Abstract #122> "SOLAR ENERGY FOR BUILDINGS: CLEAN
ENERGIES UTILISATION AND DEVELOPMENT"
Abdeen Mustafa Omer
p93
Abstract #123> ¿ES ACONSEJABLE LA DOBLE PIEL DE VIDIO
EN CLIMAS CON ALTA RADIACION SOLAR?
Silvana Flores Larsen y Luis Rengifo
p94
Abstract #124> ³$1È/,6,6<35238(67$63$5$/$
ADECUACIÓN MIOAMBIENTAL DE UN PROTOTIPO
ARQUITECTÓNICO PARA LA ENSEÑANZA INICIAL EN
6$17,$*2'(/(67(52$5*(17,1$´
Giuliano Raimondi, Gabriela,
Garzón, Beatriz, Umblant,
Maximiliano y Morales Díaz, Doris
p95
Abstract #12!³9DORUDFLyQGHODSURGXFFLyQHQHUJpWLFDWRWDO
de sistemas FV instalados sobre la cubierta horizontal de
edificaciones urbanas del microcentro de la ciudad de San
Miguel de Tucumán y análisis de su integración a la red."
Adolfo Parellada y Jorge A.
Gonzalez
p96
$EVWUDFW!³'HWHUPLQDFLyQGHXQËQGLFHGHLPSDFWR
económico de Sistemas Activos de Captación Solar instalados en
XQDYLYLHQGDXQLIDPLOLDUGH7XFXPiQ´
MSc. Ing. Jorge Augusto González
y MSc. Arqto. Patricio Daniel Levy
p96
Abstract #127> "MEDICIÓN Y SIMULACIÓN TÉRMICA DE UN
PROTOTIPO DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL CONSTRUIDA
PARA DIFERENTES ORIENTACIONES EN LA CIUDAD DE
FORMOSA, ARGENTINA"
Carlos Mendonça y Beatriz Garzón
p97
Abstract #128> ³,QFLGHQFLDGHORViUEROHV\ODDJULFXOWXUD
urbana sobre la temperatura del aire y la demanda energética
HQ5RVDULRGXUDQWHHOYHUDQR´
Coronel Alejandra S., Feldman
Susana R., Jozami Emiliano, Kehoe
Facundoy Piacentini Rubén
p98
$EVWUDFW!³/$TÉCNICA COMO FACTOR DE
ORIENTACIÓN EN LA CONSTRUCCIÓN SUSTENTABLE Y LA
SINTAXIS ARQUITECTÓNICA. Comparación de modos
constructivos.Proyecto - sustentable ± sintaxis - constructiva ±
técnica ± SURGXFWLYH´
Daniel Gelardi, y Alfredo Esteves
p98
Abstract #130> ³6,08/$&,Ï1180(5,&$'(/
COMPORTAMIENTO DE UN DESTILADOR SOLAR DE BATEA
SIMPLE "
Javier H. Zizzias, Rodolfo Stoll,
Javier Marchesi, Amilcar Fasulo y
Fabian Venier
p99
Abstract #131>³3DVVLYH6RODU(QHUJ\(IILFLHQF\$QDO\VHVLQ
Commercial Buildings; Case study: Onder Market in Famagusta
&LW\1RUWK&\SUXV´
Soheil Ghaderi, Ahadollah Azami y
Eram Azami
p100
Abstract #132> ³9(+,&8/26'(35238/6,21+80$1$
COADYUVANTE DE LAS CIUDADES SUSTENTABLES COMO
$*(17(60,7,*$17(6'(/&$0%,2&/,0$7,&2´
Alfredo Rincón González, Daniel
Santiago, Sedolfo Carrasquero,
Pamela Mejías y Luisa Saules
p100
$EVWUDFW!³&,&/2$87Ï1202'( POTENCIA BASADO
EN ENERGÍA EÓLICA-SOLAR-+,'5Ï*(12´
Martin Gabi, Cecilia Smoglie,
Norberto Lerendegui, Sebastián
'¶KHUV\0LJXHO$JXLUUH
p101
$EVWUDFW!³)HDVLELOLW\RI6RODU(QHUJ\8WLOL]DWLRQLQ(DUWK
Sheltered Constructions for Energy Efficiency
Ahadollah Azami, Seyedeh Ayeh
Mirrezaei, Harun Sevinc4. , Eram
Azami y Meysam Saveh Shemshaki
p102
$EVWUDFW!³$QDO\VHVRI$UFKLWHFWXUDO)RUPV(IIHFWVIRU
39,QWHJUDWLRQLQ%XLOGLQJV³
Ahadollah Azami, Seyedeh Ayeh
Mirrezaei, Eram Azami y Meysam
Saveh Shemshaki
p103
$EVWUDFW!³(QHUJ\(IILFLHQW2IILFH%XLOGLQJ'HVLJQLQ&ROG
DQG'U\&OLPDWHRI7DEUL]&LW\,UDQ´
Ahadollah Azami, Sanaz
Mohammadkhani , Eram Azami,
Mir Bagher Zamzami y Pegah
Maleki
p103
Abstract #137> ³6XVWDLQDEOH+RWHO'HVLJQLQ&ROGDQG'U\
&OLPDWHRI0DUDQG&LW\,UDQ´
Mir Bagher Zamzami, Sanaz
Mohammadkhani, Ahadollah Azami,
Mohammad Rajabpoor, y Pegah
Maleki
p104
Abstract #138> ³$SOLFDFLyQGHOyJLFDGLIXVDSDUDOD
determinación del estado de carga de acumuladores eléctricos
HQVLVWHPDVGHSURYLVLyQGHHQHUJtDDXWyQRPRV´
Roberto F. Farfán, Carlos A. Cadena
y Luis T. Villa
p105
Abstract #139> ³5('8&&,Ï1'((0,6,21(6/2*5$'$
MEDIANTE EL DISEÑO EFICIENTE DE ILUMINACIÓN EN
9,9,(1'$62),&,$/(6´
Rigali, Silvina Luján, Ferreiro,
Alejandro Remigio, Juarez, Carlos y
Ruiz Francisco
p105
$EVWUDW!³*8Ë$'(5(&20(1'$&,21(63$5$/$
CONSTRUCCION D((',),&,26(6&2/$5(66867(17$%/(6´
MARINA KUSNIR
p106
$EVWDFW!³&RQVLGHUDWLRQVLQVLWXDWLQJDVRODUSRZHU
SODQW´
Aharon Zohar
p107
$EVWUDFW!³+DFLDXQDPLUDGDGHUHFLFODMHDpUHR´
Baez Liste Marielissa, Bugallo
Valeria, Hernandez Amilka,e Yarad
Irina
p108
$EVWUDFW!³0RGHODGRGHWHFKRVELRFOLPWLFRV± Primeras
H[SHULHQFLDV´
Héctor Fabián Romero, María Nidia
Ziletti, Jorge Agustin Adaro, y Julio
Cesar Barros,
p109
$EVWUDFW!³&RUUHODFLRQHQWUHUDGLDFLRQ y valores de
WHPSHUDWXUDHQOD&LXGDGGH6DQ/XLV´
Jorge Agustin Adaro, María Nidia
Ziletti, Héctor Fabián Romero, y
Amílcar Jesús Fasulo
p109
$EVWUDFW!³'LVHxR\FRQVWUXFFLyQGHXQD3ODQWDSLORWR
para la producción sustentable de Biodiesel, utilizando un
SURFHVRLQQRYDGRU´
Adela Hutin, Marcelo Turchetti,
.Juan Montesano, María Cristina
Zarrabeitía y Ana Lía Fontal
p110
$EVWUDFW!³'LVFXVLyQGHOFRQFHSWRGHHILFLHQFLDDPELHQWDO
HQHOKiELWDWHGLOLFLR8QHMHPSORGHUHIHUHQFLD³
Elio Ricardo Di Bernardo
p111
$EVWUDFW!³&XELHUWDVYHUGHVFRPRKHUUDPLHQWDSDUDOD
PLWLJDFLyQGHLVODGHFDORUHQOD&LXGDG'H%XHQRV$LUHV´
Maria Jose Leveratto,Florencia
González Otharán, Orlando
Fernández Bados, Matias Propati y
Mariano Reobo
p112
$EVWUDFW!³3RWHQFLDOHVWLPDGRGHJHQHUDFLyQGHHQHUJtD
José Eduardo Zepeda López y David
por la integración fotovoltaica en edificios en diferentes
Morillón Gálvez
GHQVLGDGHVXUEDQDVGHOD&LXGDGGH0p[LFR´
p113
Abstract #149> ³5HVLGXRVGHELRPDVD¢HVWRUERREHQHILFLRV"
Una nueva perspectiva de su importancia en el marco del
FDPELRFOLPiWLFR³
p113
Manrique, Silvina M.,
ENERGIA Y CAMBIO CLIMATICO
0DUMRULH 0RUDOHV -XOLiQ 4XLQWHUR \ *HUPiQ $URFD ³(QYLURQPHQWDO ,PSDFW
Assessment of Using Ethanol-*DVROLQH %OHQG LQ &KLOH´ Escuela de Ingeniería
Bioquímica. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso)
Abstract
Bioethanol is one of the main biofuels promoted in the world for a partial or total replacement of
gasoline. However, there exist concerns about the effect of this biofuel on the food markets,
especially those related to sugar and grains-based products. The second-generation bioethanol
seems to be the best option for biofuels production. In the case of Chile, bioethanol is not currently
produced from any raw material. But government has authorized mixtures of bioethanol-gasoline at
2% and 5% of total volume; with this policy the door for biofuels in Chile has been open. Therefore,
the identification of the environmental impacts of gasoline and ethanol blend (E5) production turn to
be very relevant for calculating their effect on environment in the Chilean context. For this purpose,
Life Cycle Assessment has been selected as a useful methodology to assess the ecological burdens
GHULYHGIURPIXHOEDVHGV\VWHPV,QWKLVVWXG\IRXUVXEV\VWHPVZHUHFRQVLGHUHGXQGHU D³ZHOO-toZKHHO´DQDO\VLV(XFDO\SWXVFXOWLYDWLRQ6(Whanol production (S2), Ethanol blend production (S3)
and Final use (S4). The distance of 1 km driven by a middle size passenger car was chosen as
functional unit to report the environmental results. The LCA software SimaPro v7.8 has been used to
construct the LCA model and undertake the impact assessment calculations. In addition, the
environmental assessment has been carried out using the ReCiPe Midpoint method (H), version
1.06. The inventory data for eucalyptus cultivation have been collected directly by surveys with forest
managers. Inventory data for the ethanol production were obtained from materials and energy
balances, which were calculated from process simulation models of 2,000 t/day of dry wood, using
Aspen Plus V 7.1 The process integrates dilute-acid hydrolysis, liquor separation and washing of the
produced pulp, saccharification and fermentation of the carbohydrates-rich pulp, distillation,
dehydration by adsorption on zeolites and biological wastewater treatment including anaerobic
digestion for biogas production and aerobic treatment.
The environmental results showed impact reductions in most of the assessed categories when using
E5 blend. Although Impact increasing was evidenced in the next categories: ozone layer depletion,
photochemical oxidation formation, human toxicity, terrestrial ecotoxicity and marine eutrophication.
In the case of ozone depletion and terrestrial ecotoxicity, these were increased mainly by the
activities of the S4. Other categories, such as human toxicity and photochemical oxidation formation
were affected by the ethanol blend production (S3), which includes the gasoline production, and
bioethanol production (S2), respectively. Eucalyptus cultivation related activities impacted mainly
marine eutrophication category.
This study provides actual inventory data for the Chilean case study and the environmental results give
insight into their influence of the assessment of products and processes in the country. Also, the results
represent the basis for a comparative assessment for strategic decision-making concerning the use of
alternative fuels in Chile.
Keywords: Ethanol, Eucalyptus, Gasoline, Life cycle assessment, Well-to-wheel analysis.
1. Introduction
The global climate change mitigation and energy security have brought up to date the interest to replace
fossil fuels by biofuels. Nowadays, there are an extensive research and efforts focusing on converting
lignocellulosic feedstock to bioethanol (Baral et al., 2012), due to this feedstock allow bioethanol
production without competing with food for humans and feed for animal (Mu et al., 2010) or agricultural
land use as occurs with the sugarcane or corn based-ethanol. Lignocellulosic feedstocks cover a wide
spectrum of raw materials (Prasad et al., 2007). Lignocellulosic biomasses are mainly energy crops
and crop residues, predominantly agricultural residues (such as wheat straw and corn stover), and
others waste products with high cellulose composition, such as forest residues and municipal waste.
In the case of Chile, bioethanol is not currently produced from any raw material. Biofuel regulations
are recent in Chile, being basically an adaptation of the regulatory framework currently applied on
fossil fuels used in the national transport sector. However, in 2008, the Ministry of Economy defined
WKH TXDOLW\ VSHFL¿FDtions for production, import, transport, storage, distribution and marketing of
bioethanol and biodiesel in Chile (Decree.11, 2008). Later, the Superintendence of Electricity and
Fuels determined the technical regulation protocols for analysis and tests of biofuels
(Resolution.746, 2008). In addition, there are initiatives, such as tax exemption, that may help to
encourage the use of this new type of supplies (García et al., 2011). Also, the Chilean government
has authorized mixtures of bioethanol-gasoline at 2% and 5% of total volume (Decree.11, 2008),
with these policies the door for biofuels in Chile has been open.
Bioethanol can make a valuable contribution to sustainable development, being necessary the
development of future process technologies for lignocellulosic-bioethanol production based on
sustainability assessment, with the purpose of meet the society needs of the present, without
compromising the ability of society to meet their future needs (Brundtland, 1987). For this, the
sustainability of the bioethanol must be shown. With this purpose, it has been suggested to consider
economic, environmental, and social criteria in the selection or design of bioethanol production
processes (IEA, 2011). Hence, the process must achieve costs that allow its economic feasibility, a
positive energy balance, and environmental sustainability.
The environmental performance of proposed processes for the production of lignocellulosic
bioethanol is still unclear due to the scarce number of large-scale production facilities. The Life
Cycle Assessment (LCA) is one of the most common methodologies for analyzing and assessing the
potential environmental impacts generated by the production and use of the bioethanol. The results
obtained by LCA allow comparing processes, products and services currently available or projected for
the future. LCA can identify potential environmental impacts at an early stage of a process design, and
provides the opportunity for making decisions before the process becomes implemented (Quintero et al.,
2008) and allowing to make a more effective strategic planning (Allen et al., 1997).
A number of studies have been published in the last years regarding the assessment of the
environmental performance of the production and use of lignocellulosic bioethanol (Spatari et al.,
2010; Wiloso et al., 2012). When analyzing and assessing the potential environmental impacts due to
the production and use of the bioethanol, many studies have emphasized the importance of LCA as
sustainability indicator in the lignocellulosic bioethanol production (Cherubini and Jungmeier, 2010;
Cherubini and Ulgiati, 2010; Choudhury et al., 2002; Dias and Arroja, 2012; Dias et al., 2012; Elsayed et
al., 2003; González-García et al., 2009a, 2010; González-García et al., 2009b; González-García et al.,
2012a; González-García et al., 2012b; González-García et al., 2012c; González-García et al., 2012d).
Therefore, the identification of the environmental impacts of gasoline and ethanol blend (E5)
production turn to be very relevant for calculating their effect on environment in the Chilean context.
For this purpose, Life Cycle Assessment has been selected as a useful methodology to assess the
ecological burdens derived from these fuel based systems.
2. Methodology
The LCA is defined as a methodology for the comprehensive assessment of the impact that a
product has on the environment throughout its life cycle (from extraction of raw materials through
manufacturing, logistics and use to recycling and final disposal) (ISO, 2006). LCA allows evaluating
the environmental burdens associated with a product by identifying natural resource consumption
and emissions generated, and to identify and implement opportunities to attain environmental
improvements.
2.1.1.Goal and scope definition
The objective of this study was to perform the environmental analysis of the Chilean ethanolgasoline blend E5 (5% ethanol and 95% gasoline) production and use in passenger cars comparing
with gasoline, following the LCA methodology from a well-to-wheel perspective.
In general the analyses for transportation fuels are related with the distance travelled (Cherubini et
al., 2009). The functional unit provides a reference to which the input and output process data are
normalized. The functional unit used in this study was 1 km driven by a middle size passenger car.
The same average consumption of 0.1 L per km was assumed for E5 (González-García et al.,
2012c) and gasoline (EPA/DOE, 2014).
2.2. System boundary description
2.2.1.Bioethanol case study
Figure 1 shows an overview of the Chilean E5 production under study. Four subsystems were
considered under a ³ZHOO-to-ZKHHO´ DQDO\VLV (XFDO\SWXV FXOWLYDWLRQ 6 (WKDQRO SURGXFWLRQ 6
Ethanol blend production (S3) and Final use (S4).
2.2.1.1.
Eucalyptus cultivation
An intensive management scenario for Eucalyptus chip production for bioethanol production has
been considered for assessment, taking into account real forest management practices currently
performed in the Bio Bio region (Chile). The forest scenario considers a standard hectare of
commercial eucalyptus cultivated in Chile for a total lifespan of 12 years under short rotation
management, with rotation periods of 4 years. The forest management scenario has been assessed
from cradle (raw materials production) to forest gate perspective. The production of capital goods
such as forest machines (e.g. tractors, chainsaws, forwarders, chipper, backhoe and spreaders) and
implements (e.g. front blade and ripper) has been included within the system boundaries. The
production of agrochemicals (herbicides and fertilizers) and eucalyptus stems (seedlings), as well as
their transportation up to the forest gate, has also been included within the system boundaries.
2.2.1.2.
Ethanol production
The bioethanol production process, consist of the following stages: pretreatment, hydrolysis,
fermentation and distillation. The pretreatment modifies the structure of lignocellulosic material with
the purpose of improving the digestibility of cellulose to acids or enzymes in the following hydrolysis
stage (Mosier et al., 2005). Generally, two well defined fractions are obtained after pretreatment: the
liquor, which contains produced soluble substances; and the solid, which is mainly constituted by
cellulose and degraded lignin. Chemical (acids) or biological (enzymes) catalysts carried out the
hydrolysis, which breakdown the cellulose chains adding one molecule of water per each molecule
of released glucose. Microorganism such as bacteria and yeasts perform sugars fermentation into
bioethanol. The lignin and others sugars, which are not fermented, can be used as solid fuel to
generate heat and electricity.
The systems considered in this study for bioethanol production are shown in Figure 1. The
bioethanol production subsystem comprises: co-current dilute-acid hydrolysis, liquor separation and
washing of the produced pulp, saccharification and fermentation of the carbohydrates-rich pulp,
distillation, dehydration by adsorption on zeolites and biological wastewater treatment including
anaerobic digestion for biogas production and aerobic treatment. Pretreatment, saccharification and
fermentation designs were adapted from the hardwood chips bioethanol production process exposed
by NREL (Kadam et al., 1999).
The transport of wood from the place of forest plantation to the plant of bioethanol refinery was
considered to be 75 km by 32 t lorries and 16-32 t lorries for 100 km carried out the transport of
inputs materials.
2.2.1.3.
Ethanol blend production
The mixture of gasoline and ethanol to produce the blend under study (E5) and their regional storage
were also included within this subsystem boundary. The bioethanol produced in the refinery is
transported to storage plants by 32 t lorries. The storage plants I, II, III and IV are located in the
Central zone of Chile, between the Metropolitan region and Bio-Bio region (see Figure 2). The
gasoline is transported from refineries to storage plants by pipeline and tankers. The infrastructure
construction and maintenance of storage and blend pump system were also included.
2.2.1.4.
Final use
Distribution of E5 from the storage plant to a gasoline station (in each region) was assumed to be
carried out by 32 t diesel lorries. Emissions derived from the combustion of fuels in a passenger car
were calculated according to the economy fuels and the functional unit selected. The manufacture,
maintenance and disposal of the passenger cars were excluded from the subsystem boundaries.
Seedling
production
A
D
M
Water
CO2
S1: Eucalyptus cultivation
Site preparation
Cutting
Stand establishment
Combustion
Field recovery
Agrochemicals
emissions
Infrastructure
establishment
E. globulus
biomass
T
I
M
Enzyme
Production
Ch
Air
Water
Subsystem 2: Ethanol Production
Dilute Acid
Pretreatment
Storage
Yeast
Propagation
Pulp + Liquor
Flash
Separation
Combustion
emissions
Liquor
Solid-Liquid
Separation
Neutralization
Gaseous
emission
Water
Solid waste
to
Hexoses
Fermentation
Saccharification
Pulp washing
Waste water
Treatment
Distillation and
Dehydratation
Ethanol
Biogas
+
Sludge
Co-generation
Electricity
Storage
Ethanol 99.5%
Gasoline
Production
Co-productos
(Electricity + Steam)
T
E
I
Subsystem 3: Ethanol blend production
Gasoline
storage
Combustion
emissions
Ethanol
Subsystem 4: Final Use
T
Blending pump
dispenser
Service Station
Car use E5
E2, E5
Combustion
emissions
Storage E5
M
Machinery Pruduction
D
Diesel Production
A
Agrochemicals production
Ch
Chemicals production
I
Infrastructure
T
Transport
Fig. 1. System boundaries of eucalyptus biomass based ethanol blends life cycle.
2.2.2.Gasoline case study
All the processes or activities, from the crude oil extraction and production up to the gasoline use in
a passenger car, were considered within the system boundaries. Production of the different
consumable materials (chemicals, electricity, machinery, etc.) as well as infrastructure construction
and maintenance were also included. Chilean gasoline system under study included: Crude oil
extraction; Gasoline Importation; Refinery; Gasoline storage; and Distribution and Use.
Fig. 2. Refineries and pipelines involved in the Chilean gasoline production
2.3. Allocation
Allocation is a procedure to attribute environmental burden of multi-functional processes to their
input or output flows of the product under study; this is one of the most critical issues in LCA (Aichele
and Felbermayr, 2012). It is calculated by assigning the material input or output to the obtained
products (bioethanol and electricity). The Ecoinvent database provides flexibility to the users when
selecting an allocation basis (Heijungs and Guinée, 2007). This paper focuses on the issue of
allocating over an economic-based approach, following the method recommended in the CML guide
(Kodera, 2007), considering the allocation of 95 % and 5 %, for bioethanol production and electricity,
respectively.
2.4. Inventory Analysis
Site-specific inventory concerning the forest machinery and implements used (operating hours and
input rates) were considered in S1. Also, the estimation of fuel requirements in site preparation,
stand establishment, harvesting, hauling and logistic infrastructure related activities were collected
directly by surveys with forest landowners and estimated from local trials and experts knowledge.
Inventory data for the ethanol production (Table 1) were obtained by materials and energy balances
calculated from process simulation models of 2,000 t/day of dry wood, using Aspen Plus V 7.1. Process
simulation was used to determine the compositions and flow rates of all the streams in a given process
and its energy requirements.
In the case of gasoline primary inventory data, for the Chilean context, were taken from
governmental official sources (BNE, 2013; ENAP, 2012a, b; SEC, 2012). These data were
supported, when necessary, with secondary data from the ecoinvent® database v2.0 (Jungbluth,
2007; Spielman et al., 2007). SimaPro software v8 was used for the analysis (Prè-Consultants,
2014).
3. Results
The LCA software SimaPro v7.8 has been used to construct the LCA model and undertake the
impact assessment calculations. In addition, the environmental assessment has been carried out
using the characterization factors from the ReCiPe 2008 method (Goedkoop et al., 2009). The
impact categories considered were Climate Change (CC), Ozone Depletion (OD), Human Toxicity
(HT), Photochemical Oxidation formation (POF), Terrestrial Acidification (TA), Freshwater
Eutrophication (FE), Marine Eutrophication (ME), Terrestrial Ecotoxicity (TET), Freshwater
Ecotoxicity (FET), Marine Ecotoxicity (MET), Water Depletion (WD), Mineral Depletion (MD) and
Fossil Depletion (FD).
Table 1. Inventory data Subsystem 2- Ethanol production
Inputs
Inputs from Environment
Water, process, unspecified origin
Air
Inputs from Technosphere
Eucalyptus, moisture: 60%
NaOH
NH4CL
NH3
Enzyme
CSL
Chemicals inorganics
Lime
Outputs
Outputs to Technosphere
Bioethanol 99.7%
Surplus electricity (kW)
Outputs to Environment
Emissions to air
Used air
CO2
CH4
CO
VOC
Bioethanol
Steam
NO
NO2
NH3
NH4Cl
Emissions to water
Water treated
Na2O
NaOH
NaCl
Organic compounds (dissolved)
Wastes
Combustion bottom (ashes)
Value (kg/km driven E5)
1.8
37.8
0.8
7.0·10-3
7.4·10-3
1.3·10-3
1.5·10-5
2.5
1.9·10-5
7.1·10-3
Value (kg/km driven E5)
0.11
1.3·10-3
37
0.7
3.5·10-5
4.2·10-3
3·10-7
2.8·10-4
1.3
5.2·10-5
8.6·10-3
4.7·10-6
1.2·10-3
0.3
3.5·10-5
1.3·10-3
6.6·10-3
1.4·10-3
2.2·10-3
Table 2 summarizes the LCA characterization results per each fuel analyzed. The environmental
results showed impact reductions in most of the assessed categories when shifting to E5. Impact
increasing was evidenced in the next categories: ozone layer depletion, photochemical oxidation
formation, human toxicity, terrestrial ecotoxicity and marine eutrophication.
Figure 2 shows the differences between the ethanol blend and gasoline. In the case of ozone
depletion and terrestrial ecotoxicity, these were increased mainly by the activities of the S4. Other
categories, such as human toxicity and photochemical oxidation formation were affected by the
ethanol blend production (S3), which includes the gasoline production, and bioethanol production
(S2), respectively. Eucalyptus cultivation related activities impacted mainly marine eutrophication
category.
The contributions to impacts categories of each subsystem involved in the life cycle of E5 production
are shown in Figure 3. The S4 was the main contributor to CC, with an average value of 87 %, of
the total emissions, due to emissions associated to the fuel combustion emissions. Emissions were
mainly due to one global warming gas, CO2 that represented 99 %.
Concerning to OD impact category, S4 and S3 were the main contributing subsystems to this
category, representing 57 % and 32 % of the total. The main substance contributing to OD was
Halon 1301 involved in the diesel used in the transport lorries.
Table 2. LCA results (per km driven) for the impacts categories under study
Impact category and unit
CC (kg CO2 eq)
OD (kg CFC-11 eq)
HT (kg 1,4-DB eq)
POF (kg NMVOC)
TA (kg SO2 eq)
FE (kg P eq)
ME (kg N eq)
TET (kg 1,4-DB eq)
FET (kg 1,4-DB eq)
MET (kg 1,4-DB eq)
WD (m3)
MD (kg Fe eq)
FD (kg oil eq)
E5
Gasoline
2.3·10-1
1.4·10-9
3.6·10-3
5.3·10-4
3.4·10-4
2.6·10-5
3.0·10-5
2.1·10-5
9.3·10-5
1.9·10-4
3.6·10-2
1.8·10-3
3.1·10-2
3.9·10-1
1.1·10-9
1.1·10-3
9.0·10-6
1.2·10-3
3.5·10-4
2.0·10-5
1.1·10-5
1.7·10-4
9.6·10-4
4.1·10-1
9.5·10-4
3.1·10-1
In HT, 47 % and 32 % of total contributions were due to S3 and S4, respectively. This impact
category was fully dominated by emissions of mercury emitted to air as well as manganese and
arsenic emitted to water. These compounds come from installation of pipelines, which is related to
the transport of crude oil used in the gasoline production.
The POF was mainly affected by emissions of NO x and NMVOC emitted in S2 (47 %) and S4 (46
%). In the case of S2, these compounds were emitted in the pre-treatment and fermentation process
stages, while in S4, these nitrogen based compounds are part of combustion gases.
The main substances, which contribute to TA, are NOx, SO2 and ammonia, derived from S2 (42 %)
and S4 (30 %). In the process stages of S2, the co-fermentation was the main responsible of these
substances, representing 97 % of the total contribution to TA in this subsystem.
Fig. 2. Comparative environmental impacts scores for E5 and gasoline.
Two eutrophication potentials were evaluated: FE and ME. The only one significant pollutant
contributing to FE was phosphate mainly derived from S3 (91 %), due to the refining activities and
transport of crude oil related to the gasoline production. While, in ME, the main subsystem was S1
-3
(43 %) due to the nitrogen (N2O, NH3 and NO3) and phosphorous (PO4 ) compounds related to
fertilizer application.
Three different potentials related with ecotoxicities were assessed: TET, FET and MET. Zinc emitted
to land from combustion emission in the S4 was the main contributor in TET potential; this
subsystem represented more of 90% of the total in this category. However, in FET and MET, the S3
was the main contributor, representing 50 % and 53 %, respectively, due to the nickel emitted to
water related to the transport of crude oil to the refineries through pipelines.
In the remaining categories: WD, MD and FD, The S3 played a major significant role in this category,
accounting for 99 % of WD due to the water required in the process of petroleum refining and waste
treatment. Also, this subsystem (S3) was the main contributor source to MD, mainly due to the
materials used in the pipeline and refinery infrastructure, representing 75 % of MD. Concerning FD, it
was attributed mainly to S3 in 92 % due to crude oil used in the gasoline production.
Fig. 3. Environmental impacts breakdown for E5 production
4. Conclusion
The present study shows the environmental results of an LCA performed for E5 from eucalyptus
biomass and gasoline produced and used in the Chilean context. This study provides inventory data for
the Chilean case study. The environmental results give insight into their influence of the assessment of
E5 and gasoline in the country.
According to the results, lignocellulosic ethanol blend with gasoline may help to reduce to climate
change, terrestrial acidification, freshwater eutrophication, freshwater ecotoxicity, marine ecotoxicity,
water depletion and fossil depletion. On the other hand, using E5 from eucalyptus would increase the
contributions to other categories, such as ozone depletion, human toxicity, photochemical oxidant
formation, marine eutrophication, terrestrial ecotoxicity and metal depletion. Ethanol blend production
related activities are notable contributors to the environment performance of E5, due to the gasoline
required in the blend, as well as the final use of E5 due to the combustion emissions.
These results represent the basis for a comparative assessment for strategic decision-making
concerning the use of alternative fuels that the Chilean government may propose in order to reduce their
dependence on fossil fuels and/or the environmental impacts derived from the transport sector.
5. Acknowledgments
Financial support granted to M. Morales by CONICYT scholarship program (Comisión Nacional de
Investigación Científica y Tecnológica) is gratefully acknowledged.
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Alejandro Mesa y Cecilia Giusso ³Planificar la preservación de las áreas
colectoras, como estrategia hacia la micro generación energética urbana ³
(INCIHUSA, CONICET, CCT MENDOZA)
Palabras clave: áreas colectoras, energía solar, planificación urbana
RESUMEN
Los problemas energéticos asociados a la falta de recursos, el exceso de consumo o la distribución,
ya están con nosotros y seguirán ahí, hasta que las medidas que se toman para paliarlos, lleguen a
resultados definitivos. Más del 90% de la población del país es urbana, y requiere de cada vez más
energía para lograr condiciones aceptables de confort. De ese total aproximadamente el 50% ±
cerca de 20 millones de habitantes-, conforman 7 de los 10 conglomerados urbanos más poblados,
y están localizados en área central del país. Esta zona se caracteriza por su clima templado, lo que
implica que tenga importantes requerimientos de energía para calefacción y calentamiento de agua
en el período frío del año. Gran parte de esa energía podría ser provista por el sol, y en la
actualidad, no se planifican las ciudades teniendo en cuenta estos aspectos.
Son numerosas las directivas y legislaciones en América Latina -ya aprobadas o en curso de serlo-,
que apuntan a alcanzar un desarrollo energético, más sostenible. Sin embargo, en muchos casos,
estos lineamientos no son interpretados desde la práctica del urbanismo, para que los resultados
buscados sean los adecuados a cada ciudad.
En la actualidad la energía solar ya está siendo utilizada en medios urbanos a través de placas
colectoras para calentamiento de agua, que en la mayoría de los casos al no contar con una
protección legal expresa, el goce del beneficio de la radiación, puede perderse en cualquier
momento, por la obstrucción a los rayos, producto de una construcción vecina. Un punto a
considerar son las leyes que normalizan su aprovechamiento.
Para revertir este problema, y que el aprovechamiento de la energía solar a nivel urbano sea factible
y perdurable, se debe proteger la disponibilidad de la misma, incorporando lineamientos de diseño
en las normativas edilicias y urbanas, compatibilizando los niveles de acceso al sol requeridos, con
la densidad urbana, considerando el tamaño y orientación de los lotes o parcelas, las orientaciones
de las calles y de los edificios.
Considerando la importancia del aprovechamiento del recurso solar en medios urbanos, se
emprendió la tarea de evaluar el marco jurídico existente nacional e internacional, se identificaron
los vacíos legales en el tema referidos a asegurar la disponibilidad de la energía solar, y se
presentan los resultados conseguidos de evaluar la potencialidad solar, de distintos casos de
análisis seleccionados, de ciudades del país, teniendo en cuenta la implementación, de las
normativas existentes.
INTRODUCCIÓN
América Latina es la región del mundo que posee el porcentaje más alto de población urbana: más
del 75% de la misma vive en ciudades (CEPAL, 2005). Ciudades que, para responder a la demanda
de una mejor su calidad de vida por parte de sus habitantes, requieren de cada vez más energía y
recursos naturales.
Para el caso de edificios de uso residencial, dicha demanda radica esencialmente en mantener el
espacio dentro de los rangos de confort, necesitando calentar, enfriar o iluminar la edificación según
el caso. En la actualidad cuando las condiciones termo-lumínicas de un ambiente no son las
adecuadas, normalmente se recurre al uso de equipos acondicionadores, que cubren la falencia que
deriva de una mala respuesta de la construcción ante los requerimientos climáticos.
Los datos suministrados por la Secretaría de Energía de la Nación, referidos al año 2011,
evidencian en Argentina la participación promedio del sector residencial en el consumo total es del
30% de energía utilizada. De ese porcentaje dentro del sector, más del 80% es utilizado para
acondicionar los espacios interiores (figura 1).
Figura 1: Porcentajes de consumo energético del sector residencial
Dado que la matriz energética nacional depende casi con exclusividad de los combustibles de
origen fósil, al problema del abastecimiento se le debe sumar el de la contaminación del aire, ya que
el aumento en el consumo, irreversiblemente conduce a una mayor generación de contaminantes
aéreos. La eficiencia energética del parque edilicio urbano muy baja, casi la mitad de la energía que
se consume para calefaccionar un ambiente se pierde como gases de combustión -a través de los
sistemas de ventilación-, o como calor debido a aislaciones insuficientes, siendo después de la
combustión vehicular, el segundo factor de contaminación atmosférica urbana. La generación a
través de las energías de origen renovable (sol, viento), sumada al ahorro a través de mejorar la
eficiencia en las construcciones y equipos, es una alternativa que puede cambiar esta tendencia.
En las distintas ciudades del país, la energía solar ya está siendo utilizada esencialmente a través
de colectores solares térmicos. Por medio de los mismos, se pueden lograr ahorros cercanos al
40% de la energía utilizada para el calentamiento de agua, reemplazando el combustible empleado,
el gas natural (Fernández Llano, J. et. al. 2001). Si estos valores se hiciesen extensivos a la mitad
de la población, el ahorro llegaría al 10% de todo el gas natural requerido, es decir, casi 2 millones
de toneladas menos de emisiones de CO 2. Y el problema no sólo es energético o ambiental, sino
también social, dado que contar con suficiente calor, luz y ventilación natural, nos permite reducir la
inversión necesaria para mantener en condiciones de confort nuestra vivienda, y esto nos libera de
depender de una tarifa, no siempre acorde al servicio suministrado.
Si bien la potencialidad de las estrategias planteadas es muy alta, existen distintas barreras que
impiden la implementación de medidas de desarrollo de las energías renovables. Por lo tanto, la
preservación de las áreas colectoras solares dentro de la planificación urbana es de fundamental
importancia, a fin de que en épocas futuras, la utilización masiva del recurso no se vea limitada por
la estructura existente.
LA PRESERVACIÓN
CONSOLIDADOS
DE
LAS
ÁREAS
COLECTORAS
EN
ENTORNOS
URBANOS
La disponibilidad del recurso solar dentro de una estructura urbana consolidada, depende
esencialmente de las características morfológicas de cada entorno y muchas veces se ve limitada
por las obstrucciones producidas por los mismos edificios vecinos, lo que anula o reduce
drásticamente la eficiencia de los sistemas captadores. Pero si bien puede hablarse de la radiación
solar como uno de los recursos más valiosos de energías limpias y renovables, es menos habitual
oír que el acceso a la misma constituya un derecho a preservar. Los recursos renovables no son
considerados por las normativas nacionales como bienes apropiables, y por tal motivo privar de esta
YHQWDMDQRSURGXFLUtD³XQSHUMXLFLRDFWXDOSUREDGR\SRVLWLYR´Según lo establece el Código Civil de
OD1DFLyQHQVX$UWLFXOR$UW³El propietario (del suelo) es dueño exclusivo del espacio aéreo;
puede extender en él sus construcciones, aunque quiten al vecino la luz, las vistas u otras
YHQWDMDV«´ Es así como una construcción nueva puede privar de esta "ventaja" sin que sea
considerado un ataque a su derecho de propiedad.
Así por ejemplo resulta ilustrativo un reclamo ante la justicia, en que la presencia de una construcción
nueva, limitó el acceso al recurso solar de un predio vecino. La persona afectada, inicia una demanda
solicitando la demolición total de la obra, a lo que la &RUWH6XSUHPDFRQVLGHUy³No puede prosperar
el reclamo fundado en que el tal hecho no constituye una lesión indemnizable por no atacar de
manera esencial el dominio; dicha circunstancia constituiría, a lo máximo, una privación al
propietario de una ventaja de la gozaba, lo cual no daría derecho a reparación alguna...´ &yGLJR
Civil - Argentina. Art. 2620).
El art. 2620 del Código Civil sólo es aplicable a los supuestos en que las obras ³sin causar a los
vecinos un perjuicio positivo´ VLPSOHPHQWH ORV SULYHQ GH YHQWDMDV TXH KDVWD HQWRQFHV JRzaran.
Dicho precepto concuerda pues, con las facultades del propietario de usar y gozar de la cosa (art.
2513, del mismo Código) aunque prive a tercero de ventajas o comodidades (Código Civil Argentina. Art. 2514) ³de las cuales gozaban hasta ese momento´
En contraposición a esto la legislación iQJOHVD SODQWHDODILJXUD GHQRPLQDGDFRPR³ancient lights´
que es un derecho otorgado por la ley, al dueño de una propiedad que ha recibido luz natural en sus
ventanas en forma ininterrumpida por más de veinte años a mantener su nivel de iluminación,
habilitándolo a impedir cualquier obstrucción que lo privara del mismo. O las normativas de
³SUHVHUYDFLyQ GH ]RQD´ TXH HVWDEOHFHQ ORV OtPLWHV GH RFXSDFLyQ UHWLURV DOWXUDV Pi[LPDV TXH
tienen que cumplir las edificaciones, para asegurar el libre acceso al sol a las construcciones
próximas, como es el caso de muchos Distritos de los Estados de Oregon o California en Estados
Unidos (figura 2).
Figura 2: &yGLJR8UEDQRGHODFLXGDGGH(XJHQH2UHJRQ\QRUPDWLYDLQJOHVDGH³Ancient Lights´
Pero contradictoriamente con el planteo legal, el mercado inmobiliario otorga valor monetario a la
luz natural FRPR FDUDFWHUtVWLFD ³especial y positiva´ HQ OD WDVDFLyQ GH XQ LQPXHEOH ,QFUHPHQWD VX
valor como bien de mercado, pero la ley no lo considera como algo exigible. La pregunta sería en
ese caso, ¿qué valor adquiere entonces el impacto de no tenerla? Si determinamos que la no
disponibilidad del recurso solar, conduce a la generación de un mayor consumo de energía y por
ende una mayor generación de contaminantes aéreos, es posible determinar el impacto ambiental
potencial generado. Y en ese punto, todos aquellos espacios carentes del acceso al sol, partirían de
una línea cero con deuda ambiental.
Entonces, no se trata sólo de establecer normas urbanas que determinen en palabras que todo
LQPXHEOHGHEHFRQWDUFRQDLUH\OX]³VXILFLHQWHV´6H requiere legislar para garantizar el libre acceso
a la radiación solar de manera permanente, en aquellos edificios localizados en zonas que ya
poseen una determinada y consolidada morfología edilicia, resguardando de esta manera la calidad
de los espacios interiores y a su vez -en caso de ya haber invertido en tecnología solar-, que la
utilidad de la misma quede resguardada.
Normativas nacionales que inciden sobre la disponibilidad del recurso solar
La disponibilidad del recurso solar en medios urbanos consolidados está condicionada por las
características de los recintos, resultado de la urbanización, la densidad edilicia, la altura de las
edificaciones, la separación existente entre los volúmenes construidos, y la dimensión y
proporciones del espacio exterior, así como las obstrucciones producidas por la presencia de los
distintos componentes del paisaje urbano (arbolado, cartelería, antenas).
Estas obstrucciones, en el caso de construcciones de baja densidad, son mínimas, y es donde el
diseño particular de la edificación es el factor más importante. En el caso de las construcciones de
alta densidad, con sólo un buen diseño no se puede asegurar la disponibilidad del recurso. Depende
además de medidas establecidas por los organismos de gestión, que establezcan para cada zona
dentro de la trama urbana en cuadrícula.
Existen normas nacionales, que establecen niveles mínimos de habitabilidad térmica y lumínica,
para los distintos espacios habitables de las construcciones. Las mismas dependen del Instituto
Argentino de Racionalización de Materiales (IRAM) y de la Asociación Argentina de Luminotecnia
(AADL), pero las mismas no son de cumplimiento obligatorio, sino sólo parámetros recomendados
(Mesa, A., 2003).
Las únicas normas de cumplimiento obligatorio que inciden sobre la
disponibilidad recurso solar en espacios construidos, son los Códigos de Planeamiento Urbano y de
Edificación (CPUE) de cada ciudad.
Estas regulan todas las variables referidas a las
características morfológicas edilicias, no contemplando en muchos casos las condiciones de
habitabilidad interior, ni los aspectos energéticos producto del cumplimiento de las mismas. Se
establecen porcentajes de aberturas en relación a la categoría, forma y tamaño de un local, pero en
ningún caso, existe la verificación necesaria entre dicha superficie y la cantidad y calidad de luz o
aire que ingresará por la misma, dado que esto depende además del entorno próximo.
Dentro de ese marco, se analizaron distintos ejemplos de CPUE de 5 de los 10 conglomerados
urbanos más poblados (que incluyen aproximadamente el 50 % de toda la población de Argentina),
localizados en la zona central del país, entre el paralelo 31º y 34º de Latitud Sur. Esta zona se
caracteriza por su clima templado, con temperaturas medias anuales cercanas a los 15ºC, e
importantes requerimientos de energía para calefacción en la estación fría. En todos los casos se
considera e tema planteado como por ejemplo el Códigos de Planeamiento Urbano de la CABA, en
el punto 4.8.2 dentro de las Normas de Habitabilidad, referido al asoleamiento de edificios en altura,
establece la obligatoriedad de que las nuevas edificaciones "...deberán emplazarse de tal modo que
se asegure el asoleamiento durante tres horas en el solsticio de invierno, de por lo menos el
cincuenta por ciento de los locales de primera clase de cada unidad de vivienda..." (Gobierno de la
Ciudad Autónoma de Buenos Aires, 2013). Pero esto no garantiza que el sol y el aire lleguen a las
ventanas, si existe la posibilidad de que en los terrenos vecinos se construyan con posterioridad
edificaciones que obstruyan su paso.
Y si bien las características geográficas de los casos analizados, son similares, los indicadores
establecidos por cada municipio, paradójicamente son disímiles. Para el análisis comparativo, se
representó una situación análoga (un edificio en un terreno de 600 m2, localizado en una manzana
de una hectárea), considerando la máxima densidad de construcción posible para una zona dentro
del área consolidad, según lo establecido por los CPUE de las ciudades de Rosario, La Plata,
Córdoba, Buenos Aires y Mendoza (figura 3, tabla 1).
Figura 3: Relación entre altura y separación de paramentos, Código de Planeamiento Urbano
CABA.
Tabla 1: Indicadores urbanos
Fuente: Códigos de planeamiento y edificación de las ciudades de Rosario, La Plata, Córdoba, Buenos Aires y Mendoza
Referencias: FOS: Factor de Ocupación del Suelo - FOT: Factor de ocupación Total - (1) en Rosario: Índice de ocupación del
suelo.
(2)
en Rosario: Índice edilicio- (3) Regulado por el perfil definido para cada zona - (4) Regulado por la altura máxima del
basamento.
(5)
En relación a la altura de la construcción.
La aplicación de los indicadores da como resultado, obstrucciones continuas que forman una
máscara solar de altura uniforme, donde la obstrucción del cielo sería máxima en la dirección
perpendicular al plano, y la franja que oculta los recorridos solares obstruidos por el entorno,
seguiría la línea del ángulo correspondiente. En la figura 4 se esquematizan las obstrucciones
continuas correspondientes a los casos de la tabla 1, en donde se aprecia la variación de la
incidencia de los obstáculos generados a partir de la máxima densificación permitida por los
CPUEs, a una ventana localizada en planta baja de un edificio, con orientación Norte, en dos
ciudades (Córdoba y Mendoza), teniendo en cuenta las alturas máximas y la separación mínima
permitidas entre los distintos volúmenes. Una abertura localizada en la planta baja de un edificio,
para el caso de Mendoza no recibiría radiación solar directa en el período de mayores requerimiento
de calefacción, en el caso de la ciudad de Córdoba, la separación establecida al retiro posterior de
una edificación permite contar con radiación directa incidente sobre la ventana casi toda la estación
fría del año.
&yUGRED/DWLWXGĦ
0HQGR]D/DWLWXGĦ
Altura máxima permitida: 36 metros
Retiro posterior: 21 metros
Altura máxima permitida: 36 metros
Retiro posterior: 6 metros
Figura 4: Gráfica de obstrucciones producidas por un volumen próximo.
Para evaluar la incidencia de las dimensiones de las obstrucciones próximas, sobre la disponibilidad
del recurso lumínico se evaluó, a través simuladores, las condiciones interiores de un local, bajo la
situación planteadas. Los resultados obtenidos para los niveles inferiores (1º piso), para los meses
de invierno los valores de iluminancia no alcanzan al mínimo establecido por las normas de la AADL
(Mesa, A. 2011). Para el caso de la ciudad de Córdoba, solo la mitad de la habitación próxima a la
ventana, supera los 200 lux, mientras que en el caso de Mendoza, todo el local se encuentra por
debajo de valor mínimo aconsejado (figura 5).
Córdoba
Mendoza
Altura máxima permitida: 36 metros
Relación d/h: 0.58
Altura maxima permitida: 36 metros
Relación d/h: 0.16
Figura 5: Gráficas de distribución interior de iluminancia.
Las condiciones interiores referidas a la disponibilidad del recurso lumínico se ven reflejadas a en
los niveles de consumos dado que comparando los consumos eléctricos de todos los
departamentos de tres torres de 10 niveles (4 departamentos por nivel) de un conjunto habitacional
localizado en la ciudad de Mendoza, determinaron que los niveles inferiores de las torres, tienen un
promedio anual de consumo mayor a la de los niveles superiores, sin considerar la orientación de
los mismos (Figura 6).
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
1er piso
3
3er piso
4
6to piso
5
6
9no piso
Figura 6: Consumos bimestral de electricidad en relación a nivel de piso.
El efecto directo de la obstrucción de la bóveda celeste en los niveles inferiores de las torres, se ve
reIOHMDGRHQHOSURPHGLRDQXDOGHFRQVXPRGHODVKDELWDFLRQHV³RVFXUDV´TXHHVPD\RUDODGHORV
niveles superiores, llegando a valores de aumento en el consumo del 100%. Esta condición, incide
sobre las condiciones de habitabilidad de los ambientes interiores, y desde un análisis ambiental,
dicho pasivo, se verá reflejado directamente en el valor de mercado de la propiedad.
La segunda situación, es la que regula la altura de las edificaciones, que sumada a la anterior,
afecta la incidencia solar sobre los techos, lugar donde generalmente se ubican los colectores
térmicos o fotovoltaicos (figura 7).
Figura 7: Perfiles urbanos establecidos por los CPUEs de la ciudad de Córdoba y Mendoza.
Del análisis de los indicadores establecidos por los CPUEs, en ninguno de los casos analizados, se
regula una altura mínima para las zonas de alta densidad, variable esencial si se busca la
homogeneidad morfológica, y así evitar las sombras generadas por la diferencia de altura entre los
volúmenes. Determinar un perfil y la altura máxima, no garantiza que se construya menos de lo
establecido, con diferencias de alturas muy grandes entre los distintos volúmenes, produciéndose
obstrucciones y proyección de sombras entre los edificios (figura 8).
Figura 8. Heterogeneidad morfológica de la ciudad de Rosario, Argentina.
Este aspecto es fundamental a la hora de poder planificar un programa de micro generación
energética como el que se reglamenta a través de la Ordenanza Solar Térmica de la Ciudad de
o
Rosario (Ordenanza N 8.784 de la Municipalidad de Rosario), que establece la incorporación
obligatoria de sistemas de captación de energía solar de baja temperatura para la producción de
agua caliente sanitaria, en todos los edificios públicos e instalaciones públicas situadas en la ciudad.
El paso siguiente a esta norma es, como ya se ha dado en ciudades de otros países, ampliar la
misma a todas las edificaciones por construirse y para que esto sea viable, se debe contar con
superficies de sustento para los calentadores solares térmicos. Un programa similar aplicado por el
Ayuntamiento de la ciudad de Barcelona dio como resultado para el periodo 2000/2005 la
2
colocación de más de 31.000 m de superficie de captación solar, generando un ahorro energético
de 24.840 MWh/año, lo que evitará la emisión a la atmósfera de 4.368 toneladas equivalentes de
dióxido de carbono (Agencia de Energía de Barcelona, 2006). La disminución de superficies
colectoras asociadas a la heterogeneidad morfológica y las obstrucciones próximas, en áreas
urbanas de alta densidad, puede llegar valores superiores al 30%, reduciendo en un porcentaje
similar la potencialidad de implementar estrategias de aprovechamiento solar dentro de las ciudades
(figura 9).
Cálculo áreas colectoras 21 de junio 10 hs.
Imagen manzana analizada
2
2
Área con radiación incidente: 5453 m
Área real de techos: 8078 m
Figura 9. Heterogeneidad morfológica de la ciudad de Rosario, Argentina.
Otro aspecto a considerar a la hora de planificar la morfología urbana es el diseño de los remates
de los edificios, ya que las normativas establecen que los perfiles edilicios en los pisos superiores
tiendan a reducirse, diminuyendo en forma proporcional la superficie disponible para la colocación
de los colectores (figura 10).
Figura 10. Remates edilicios en la ciudad de Córdoba, Argentina.
Comentarios finales
Desde épocas antiguas, constituía parte del derecho la garantía del acceso a los rayos solares para
todos los ciudadanos. Tal es así que el Imperio Romano, contaba ya con leyes de acceso solar.
9LWUXYLR HQ ORV 'LH] OLEURV GH $UTXLWHFWXUD SODQWHDED ³«como la posición del cielo con respecto a
una zona dada en la tierra conduce naturalmente a diferentes características, debido a la inclinación
del círculo del zodíaco y el curso del sol, es obvio que los diseños de las casas de manera similar,
debería responder conforme a la naturaleza y diversidad de clima´ 3RVWHULRUPHQWH /D /H\ GH ODV
Indias, determinaba las orientaciones óptimas, para aplicar en la fundación de las nuevas ciudades
de las colonias españolas. Teniendo en cuenta los resultados presentados, estas condiciones en la
actualidad parecen haber sido olvidadas.
Los indicadores analizados en este trabajo, son aspectos técnicos que consideran los Códigos de
Planeamiento Urbano y de Edificación. Es decisión de los organismos de gestión que los regulan,
plantear las modificaciones necesarias, para que la energía sea un problema considerado desde el
planteo inicial de cualquier proyecto, para lo cual es necesario considerar las características locales
del clima, preservando el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables y teniendo en
cuenta la incidencia que tienen sobre este punto la implantación y orientación de los edificios, a la
vez que su relación con los otros y el espacio público. Orientaciones y protecciones en las aberturas
traslucidas, la forma edilicia, el adosamiento entre las distintas unidades, la altura máxima y mínima,
las proporciones entre los llenos y vacíos, así como la aislación de envolvente edilicia necesaria en
relación a los requerimientos energéticos para acondicionar estacionalmente los edificios, según el
clima del sitio.
En regiones donde se dispone de cantidad e intensidad de energía solar durante todo el año, la
utilización de la misma para calefaccionar e iluminar los espacios interiores, es una meta
alcanzable que pude brindar importantes ahorros en lo referente al consumo energético. Su
consideración se vuelve entonces de fundamental importancia en relación a la planificación futura,
para que la plena utilización del recurso no se vea limitada por la estructura urbana existente.
En síntesis: Revertir la tendencia actual de crecimiento energético no-eficiente de las ciudades,
implica entre otras cuestiones, la preservación de las mejores condiciones de habitabilidad de los
HVSDFLRVFRQVWUXLGRV/DFRQVLGHUDFLyQOHJDODFWXDO GHOD OX]VRODUFRPR³YHQWDMD´ \QRFRPRELHQ
apropiable ±por ende no penalizable-, pone en valor las potestades reglamentarias que regulan los
municipios a través de sus normativas, que deberían orientarse hacia una progresiva optimización
del recurso en lugar de responder de manera casi exclusiva y excluyente, a las compulsivas
demandas del mercado inmobiliario.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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balance de su aplicación, Informe 2006
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Económica para América Latina y el Caribe, Santiago de Chile, 2005.
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environments in the city of Mendoza, Argentina. A study in advance. Ponencia. 18th International
Conference on Passive and low Energy Architecture, PLEA 2001. Brazil.
Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, (2013), Código de Planeamiento Urbano.
Edición actualizada al 31 de diciembre de 2013, Sección 4, Punto 4.8 Normas de Habitabilidad.
Mesa Alejandro, (2003). Tesis: Método teórico de diagnóstico de la habitabilidad termo-lumínica del
espacio arquitectónico, como base para la planificación urbana: Caso Mendoza, Argentina.
Universidad de Mendoza.
Mesa Alejandro; Mariela Arboit; Carlos de Rosa, (2009). Los programas de eficiencia energética
como estrategia hacia la sustentabilidad. Trabajo presentado y publicado en actas en el X Encontro
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illuminate buildings in dense urban environment. A study in Mendoza, argentina. Revista Renewable
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Mesa Néstor A., Cecilia M. Giusso, David Morillón (2013). The preservation of the solar potential in
cities of hispanic trace. Analysis of the current situation, and future potential in urban areas of
Argentina. ISES Solar World Congress, Cancún, México, Noviembre 2013.
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del ejido Municipal.
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Mendoza.
Municipalidad de la Ciudad de Rosario, (2008) Ordenanza No 8.244, Reordenamiento urbanístico
del primer anillo perimetral del Área Central.
Secretaría de Energía de la Nación, Balance Energético nacional año 2011.
Sara Lía Ledesma , Viviana M. Nota y Guillermo E. Gonzalo ³La influencia de
la conformación urbana y edilicia en el asoleamiento y comportamiento
energético final de los edificios.´ (Instituto de Acondicionamiento Ambiental,
Facultad de Arquitectura y Urbanismo, Universidad Nacional de Tucumán.)
Resumen:
La participación del sector de la construcción en el total de la energía consumida a nivel mundial es
de aproximadamente un 30 %, gran parte de este consumo proviene del acondicionamiento artificial
del aire, ya sea calefacción o enfriamiento del mismo. Esto da muestras de la importancia del aporte
de este sector al consumo de energías no renovables, a la contaminación del aire de una ciudad
(emisiones GEI) y al cambio climático a escala regional y global.
El consumo energético en los edificios podría disminuirse y se podrían alcanzar mejores
condiciones de habitabilidad en los espacios interiores, con disposiciones arquitectónicas, a partir
de un diseño que contemple; desde la planificación y uso del suelo, hasta la conformación de los
edificios; la necesidad de controlar y minimizar las ganancias y pérdidas de calor a través de su
envolvente; dentro de las cuales tiene gran importancia, la consideración de la incidencia de la
radiación solar incidente.
El objetivo del trabajo es el de mostrar, a través de diferentes casos evaluados, la manera en que,
a partir de las estrategias de diseño de adecuación a las condicionantes climáticas del sitio y del
adecuado control y aprovechamiento de la radiación solar, se pueden lograr notables mejoras en el
balance térmico global del edificio, lo que redunda en menores requerimientos de energías
convencionales para su acondicionamiento artificial.
Se presenta en el trabajo una síntesis de los resultados de estudios y análisis realizados a
proyectos y obras construidas en Tucumán. Se realizaron evaluaciones comparativas de los
diferentes comportamientos energéticos, según la variación de sus condiciones de asoleamiento. Se
utilizaron métodos gráficos, modelización a escala y evaluación en heliodón o simulador solar, en
los estudios sobre la incidencia solar y se utilizaron cálculos computacionales, ecuaciones
simplificadas y métodos gráficos en el análisis y evaluación del comportamiento térmico.
En el trabajo, se muestra el análisis del comportamiento energético de dos conjuntos de viviendas,
su variación de acuerdo a la diferentes conformaciones del loteo, orientación, diseño y soluciones
constructivas. Se muestra además la evaluación del comportamiento de parasoles en edificio de
oficinas.
Los estudios que se presentan en el trabajo, permiten cuantificar la influencia de distintas variables
de diseño en relación al asoleamiento, y mostrar claramente la manera en que las diferentes
decisiones del proyecto arquitectónico, desde la forma del edificio, su ubicación en el terreno, hasta
las características de sus aventanamientos y protecciones, van a condicionar su respuesta frente a
las necesidades de control y aprovechamiento de la radiación solar y por lo tanto su balance
energético final.
Palabras claves: energía, arquitectura sustentable, asoleamiento, confort térmico.
CASO I: DISEÑO BIOCLIMÁTICO DE CONJUNTO DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL EN
SAN PEDRO DE COLALAO, TUCUMÁN
El estudio se desarrolló en el marco del proyecto PICTO UNT- $13&<7³7HFQRORJtDVSDUDHO
KiELWDWHODSURYHFKDPLHQWRHQHUJpWLFR\HOGHVDUUROORSURGXFWLYRHQiUHDVGH7XFXPiQ´\UHVSRQGLy
básicamente al objetivo analizar el proyecto de un barrio de 40 viviendas, realizado por el Instituto
Provincial de la Vivienda, y Desarrollo Urbano IPVyDU, a construirse en San Pedro de Colalao,
Tucumán, de modo tal de proponer alternativas para mejorar las condiciones de confort interior en
las viviendas, propiciando un menor consumo energético y planteando la incorporación de fuentes
de energías no convencionales.
La localidad de San Pedro de Colalao, se encuentra ubicada en la zona climática IIb, presenta un
verano muy cálido y húmedo, con un promedio de temperaturas media máxima de 29ºC y media
mínima de 16 ºC y de humedad relativa de 70%. En esta estación las precipitaciones llegan a un
promedio mensual de 100 mm.
La estación invernal es fría y más seca, con un promedio de temperaturas media máxima de 20 ºC y
media mínima de 4 ºC y escasa lluvias. En esta estación se presentan las mayores amplitudes
térmicas con valores que superan los 14ºC.
Las principales estrategias bioclimáticas de diseño recomendables de aplicar, se determinaron con
el programa CEEMAESTBIO1000 (Gonzalo, 2003). Para la situación de verano resulta necesario:
minimizar las ganancias de calor a través de la envolvente, plantear protecciones solares y
aprovechar la ventilación natural para el refrescamiento natural, la que se debe complementar con
ventilación mecánica. Para la condición de invierno, estación que no debe dejar de considerarse, se
recomienda: aprovechar la radiación solar para la calefacción pasiva de los ambientes y
fundamentalmente reducir las pérdidas de calor.
1. Propuesta de loteo:
El planteo original del conjunto de viviendas presentaba un elevado porcentaje de viviendas con
frentes Este y Oeste (34%), orientación no recomendable para alcanzar confort térmico interior,
dado que no posibilita aprovechar la radiación solar para calefacción natural en invierno y menor
incidencia de la radiación solar en verano, sumado a una adecuada ventilación. Razón por lo cual
se realizo una propuesta de loteo con el fin de determinar una correcta ubicación y orientación de
lotes y viviendas y posibilitar una adecuada respuesta a las condiciones del clima de San Pedro de
Colalao.
N
N
Orientación conveniente
del lote
Orientación poco conveniente
del lote
Figura 1: Planteo original de loteo
Figura 2: Alternativa propuesta para el loteo
Como puede observarse en la figura 2, se logra una alternativa de loteo en la cual la totalidad de
lotes y viviendas presentan frentes Norte y Sur, orientaciones óptimas para obtener ambientes
confortables dentro de las mismas.
2. Análisis de la vivienda:
a. Evaluación del comportamiento térmico según orientación.
Con el fin de disminuir la necesidad del usuario de los edificios de recurrir a medios artificiales para
el acondicionamiento del aire interior, con el consiguiente gasto que esto origina, se debe tener en
cuenta en los diseños, que para mantener condiciones de confort interior en verano, se deben
minimizar las ganancias de calor a través de la envolvente y para el caso de invierno, se debe
favorecer la incidencia de la radiación solar, con su consiguiente aporte de calor, y que deben
evitarse pérdidas de calor a través de muros, ventanas y cubiertas.
Con el objetivo de conocer, desde el punto de vista térmico, la influencia de la orientación en los
prototipos de viviendas, se llevaron a cabo los balances térmicos de las unidades (ver figura 3), para
las diferentes orientaciones, estos estudios permitieron cuantificar la cantidad de calor que ganaría
o perdería una vivienda por día a través de su envolvente y determinar las condiciones más
favorables.
3,20
3,00
Baño
1,45
Dormitorio
2,40
Cocina
4,30
Dormitorio
2,80
3,00
1,31
Estar Comedor
Figura 3: Planta y corte del prototipo de vivienda analizado
Los resultados de los estudios muestran las ganancias o pérdidas de calor total a través de la
envolvente para dos situaciones de los prototipos: frente Norte y frente Oeste. A partir de su
evaluación comparativa (ver tabla 1), se pudo apreciar la conveniencia de orientar las viviendas con
sus frentes principales hacia el Norte o Sur, ya que:
- En verano las viviendas con frente Oeste tendrán una carga térmica un 13% mayor que las
viviendas con frente Norte.
- En invierno la condición térmica de las viviendas con frente Oeste es aún más desfavorable, ya
que las pérdidas de calor serán un 526% mayor que las de frente Norte.
Carga térmica verano
Carga térmica invierno
(W día)
(W día)
Frente Norte
21.563
-1.478
Frente Oeste
24.256
-7.784
Orientaciones
Tabla 1: Cargas térmicas totales según orientación del prototipo.
En las figuras 4 y 5, se puede observar la cantidad de calor que gana el edificio a través de los
distintos elementos de la envolvente, pudiéndose apreciar que las mayores ganancias se producen
a través de las ventanas.
Para la situación de verano, estación en la que se debe minimizar las ganancias de calor, las
ventanas del prototipo orientado al Oeste (12.139 W día), presentan una ganancia un 27% superior
que las del prototipo con frente Norte (9.546 W día).
W día
30000
25000
W día
W/día
20000
15000
10000
Ventana
Cubierta
Muro
9546
5000
12139
10000
2845
2845
5000
9194
9375
0
8061
2451
0
-5000
-10000
Ventana
Cubierta
Muro
-8091
-8786
-1448
-1448
-15000
Frente Norte
Frente Oeste
Figura 4: Carga térmica en verano de la vivienda con
diferentes orientaciones
Prototipo
FrenteN-S
Norte
Prototipo
E-O
Frente Oeste
Figura 5: Carga térmica en invierno de la vivienda con
diferentes orientaciones
Para el caso de invierno, estación en la que hay que favorecer la incidencia de la radiación solar
con la consiguiente ganancia de calor a través de la envolvente, se puede observar que las mayores
ganancias a través de las ventanas se dan en el prototipo con frente Norte (8.061 W día), el cual
triplica las ganancias del prototipo con frente Oeste (2.451 W día).
En síntesis, a partir de estos resultados se puede apreciar los beneficios que brinda la orientación
Norte ya que las viviendas con dicha orientación presentan en invierno las mayores ganancias de
calor y en verano los menores requerimientos de energía para la extracción del calor y enfriamiento
de las mismas.
b - Análisis de la incidencia de las protecciones solares en ventanas:
Teniendo en cuenta que una de las estrategias establecidas para la situación de verano es la
reducción de las ganancias de calor a través de la envolvente, que las superficies vidriadas son las
que presentan un mayor intercambio térmico y que el prototipo original no prevé ningún tipo de
protección solar, se analizó el comportamiento térmico del prototipo más adecuado (orientado hacia
el Norte) con la incorporación de celosías en todas las ventanas, las cuales cumplirían una doble
función: obstruir el ingreso de la radiación solar en verano y reducir las pérdidas de calor en
invierno.
De este análisis se pudo observar que la presencia de las mencionadas protecciones permitiría
reducir la ganancia térmica total a través de los muros en un 86% en verano y permitiría incrementar
las ganancias de calor en aproximadamente un 17% en invierno (ver figuras 5 y 6).
9546
10000
9442
10000
9000
9000
8000
8000
7000
7000
6000
6000
5000
5000
4000
4000
3000
8061
3000
1333
2000
2000
1000
1000
0
0
Ventanas sin protección.
Prototipo Norte
Ventanas con protección.
Prototipo Norte
Figura 5: Ganancias de calor a través de ventanas
sin protección, verano
Ventanas sin protección.
Prototipo Norte
Ventanas con protección.
Prototipo Norte
Figura 6: Ganancias de calor a través de ventanas sin
protección, invierno
A partir del estudio realizado se pudo observar que propuestas básicas tales como: control solar
adecuado a partir de una correcta orientación de las viviendas y del planteo de protecciones
solares, permiten reducir la carga térmica en verano en un 45% y para la situación de invierno,
permitirá reducir las pérdidas de calor en un 90% lo que redundará en menores costos energéticos
para su climatización artificial en ambas estaciones (ver figura 7).
25000
20000
15000
Wdía
24359
21585
10000
13372
5000
0
-5000
-8786
-1478
Carga térmica
en verano
-897
Carga térmica
en invierno
-10000
Prototipo Oeste sin Prototipo Norte sin Prototipo Norte con
celosía
celosía
celosía
Figura 7: Carga térmica total para prototipo original y prototipo con protecciones solares en ventanas.
3. Propuesta de diseño de las viviendas
Teniendo en cuenta que el prototipo del IPV no cumple en su totalidad con las estrategias
enunciadas para el diseño bioclimático, se propuso un nuevo diseño de la vivienda aplicando pautas
que respondieran a dichas estrategias y que permitieran su adecuación al clima del lugar. Las
principales pautas de diseño contempladas en el proyecto fueron:
- Plantear una vivienda desarrollada sobre un eje E-O
- Ubicar los locales habitables orientados al Norte, para obtener mejores condiciones de
asoleamiento, favorecer las ganancias de calor en invierno y reducir las ganancias en verano.
- Ubicar aberturas al Sur, para favorecer la ventilación natural en verano para el refrescamiento.
- Ubicar los aventanamientos de mayor superficie al Norte para incrementar las ganancias de calor
en invierno y reducirlas en verano.
- Ubicar aberturas de menores dimensiones al Sur a efectos de reducir las pérdidas de calor en
invierno pero posibilitar la ventilación cruzada en la mayoría de los locales.
- Generar un espacio de transición exterior-interior (pérgola-galería) de uso en la vivienda ya que
-
beneficia el funcionamiento de la misma y colabora a su adecuación climática (protección de
lluvias, radiación solar, etc.).
Incorporar celosías en todas las ventanas, ya que cumplen una doble función: obstruyen la
radiación solar en verano y reducen las pérdidas de calor en invierno.
Mantener las superficies lo más próximas posibles a la situación original de diseño.
El diseño propuesto puede observarse en las siguientes figuras:
5,52
MARZO-SET. 12:00 hs
2,8
2,10
1,30
4,25
2,81
2,40 m
2,81
3,20
Dormitorio
Dormitorio
2,81
1,31
Verano día
0,90
1,76
JUNIO 12:00
1,91
3,30
2,10 m
baño
1,40
2,40 m
1,31
2,81
4,30
2,81
Estar-comedor
6,29
Planta
INVIERNO DÍA
Invierno día
Figura 8: Planta y cortes de comportamiento del prototipo propuesto
El comportamiento térmico del prototipo con nuevo diseño y con muros mejorados, muro doble de
ladrillo hueco 0,12m, poliestireno expandido 0,02m y ladrillo macizo 0,05m, con ambas caras
revocadas, se analizó y comparó con la situación original. Los resultados muestran la mejora
alcanzada, para la situación de verano se reducen las ganancias de calor en el orden del 54% y
para la situación de invierno se logran ganancias de calor , invirtiéndose la situación de pérdidas de
-1478 W/dia a 11.316 W/día, dichas mejoras se traducen directamente en disminución de costos
energéticos para su acondicionamiento artificial (Ver figuras 9 y 10).
30000
30000
cubierta
Ventanas
25000
cubierta
Muros
12139
5000
2845
9375
Ventanas
2048
2477
6662
-5000
Figura 9: Carga térmica en verano
8061
0
-10000
Prot. nuevo N-S muro
doble con prot.
18844
10000
5000
0
Prot. original E-O muro
simple sin prot.
Muros
15000
15000
10000
20000
Wdía
Wdía
20000
25000
-8091
-1448
-6058
-1470
Prot. Original E-O muro Prot. nuevo N-S muro
simple sin prot.
doble con prot.
Figura 10: Carga térmica en invierno
CASO II: EVALUACIÓN AMBIENTAL BIOCLIMÁTICO DE CONJUNTO DE VIVIENDAS DE
INTERÉS SOCIAL EN TAFI VIEJO, TUCUMÁN
El siguiente trabajo se enmarcó en el convenio firmado entre el IPVyDU a través de su
Departamento de Estudios y Proyectos, y la FAU-UNT a través del Equipo de Investigación del
3UR\HFWR&,817%\UHVSRQGHDORVREMHWLYRVGHOFRQYHQLRGH³HYDOXDUHQIRUPDFRPSDUDWLYD
el comportamiento energético de los prototipos de viviendas desarrollados por el IPVyDU en sus 2
variDQWHVGLVHxRFRQYHQFLRQDO\GLVHxRSURSXHVWRFRQFULWHULRVGHDGHFXDFLyQDOFOLPD´\³SURSRQHU
soluciones de diseño tendientes a mejorar el comportamiento del prototipo propuesto por el IPVyDU
HQUHODFLyQDODVFRQGLFLRQHVFOLPiWLFDVGH7XFXPiQ´
Se traEDMy VREUH XQ FRQMXQWR GH XQLGDGHV GH YLYLHQGDV GHO &RQMXQWR +DELWDFLRQDO ³/RPDV GH
7DIt´ XELFDGR HQ HO 'HSDUWDPHQWR 7DIt 9LHMR HQ 7XFXPiQ /D ORFDOLGDG GH 7DIt 9LHMR tiene
características climáticas similares a las ya descritas de San Pedro de Colalao. Por lo cual las
estrategias bioclimáticas de diseño recomendables de aplicar son similares a la mencionada
localidad.
Este una primera etapa se realizó la evaluación térmica del prototipo de referencia, el cual
corresponde a un diseño convencional de vivienda proyectado y construido por el IPVyDU en otros
sectores del barrio Lomas de Tafí (figura 11), se analizaron bajo dos soluciones constructivas
constructivas, las proyectadas originariamente y con una solución mejorada. En una segunda etapa
se planteó un nuevo diseño del prototipo, (figura 12), cuyo balance térmico también fue calculado.
0 80
9,09
3. BAÑO
3,06
5. DORMITORIO
3,50
2,32
4,21
2,62
2. COCINA-COMEDOR
4. ANTEBAÑO
0,85
5,09
8. PASO
8. ACCESO
6. DORMITORIO
7. ESTAR
1,41
2,57
Figura 11: Prototipo de referencia
(diseño IPVyDU)
Figura 12: Prototipo
climática.
propuesto con pautas de adecuación
A efectos de cuantificar las mejoras en el comportamiento térmico producidas por la modificación de
la envolvente, se evaluó el prototipo girado a 90° en todas las direcciones y en diferentes
condiciones de cerramiento: a) Cuyos muros verifican el Nivel C y la cubierta el nivel B de IRAM
(situación de referencia) y b) Con muros y cubierta que verifican Nivel B: cubierta resuelta con
chapa galvanizada, 2" lana vidrio y cámara aire con baja emisividad y muros de ladrillo de cerámico
hueco (0,18m), 2" poliestireno expandido, y ladrillo común 0,05, con ambas caras revocadas; los
resultados para el prototipo mejor orientado, se observan el tabla 2 y en la figura 16.
Nivel C
-2122
5299
-7729
11929
2902
11244
-6949
28472
Nivel B
-2086
4199
-3327
5068
2902
11244
-2511
20511
Nivel C
30000
Nivel B
0
25000
-2511
-5000
20000
-6949
-10000
Wdía
Estación
invierno
verano
invierno
muros
verano
invierno
ventanas
verano
TOTAL INVIERNO
TOTAL VERANO
Wdía
Elemento
cubierta
-15000
15000
28472
20511
10000
-20000
5000
-25000
0
Nivel C
-30000
Nivel B
Tabla 2: Cargas térmicas del Figura 13: Cargas térmica comparativa de invierno y verano
prototipo de referencia para niveles del prototipo de referencia, nivel C y B de confort.
C y B de confort
Al analizar los resultados alcanzados se pudo observar una notable mejoría en el comportamiento
térmico del prototipo con la envolvente mejorada (Nivel B), con respecto al prototipo con envolvente
Nivel C, con una reducción en el orden del 65% en las cargas de calefacción y una reducción del
28% en las cargas de enfriamiento, para la situación mas favorable (posición frente Noroeste).
Se entiende que una mayor reducción en las cargas de enfriamiento se lograría al plantear
protecciones en las ventanas, ya que el prototipo nivel B presenta también, una elevada ganancia
de calor a través de los aventanamientos, por lo cual en el prototipo rediseñado se plantean
protecciones solares, tanto en las superficies vidriadas como las opacas.
El período de obstrucción solar tanto en los muros como en los aventanamientos, se establecieron
con métodos gráficos. (ver figura 14),
TUCUMAN AERO
90
90
85
85
80
80
13hs
11hs
75
70
65
60
65°
55
15hs
45
40
8hs
35
40
16hs
Dic
ie
Nov mbre
-En
e
OctF eb
S
-90 e t- M
ar
-80 Ag
o-A
br
-70 Ju
l-m
ay
-60
Jun
io
15
7hs
10
120
90
80
110
70
100
0
60
-10
-20
-30
5
-40
-50
20
-100
-110
90
Obstrucción de sol producida por la galería sobre el muro Nor-Oeste
120
80
110
70
100
60
50
40
30
20
10
-10
-20
-30
-50
-40
5
25
0
Dic
ie
N mbre
-110 o v- E
ne
Oct
-Fe
-100
b
S
-90 e t- M
ar
-80 Ago
-Abr
-70 Ju
l-m
ay
-60
Juni
o
15
10
17hs
-120
7hs
20
0
-120
30
25
0
8hs
35
30
17hs
9hs
50
45
16hs
10hs
55
9hs
50
60
50
15hs
65
14hs
40
41°
10hs
30
14hs
11hs
75
70
20
13hs
10
TUCUMAN AERO
Obstrucción de sol producida por el alero sobre la ventana Nor-Oeste
Figura 14: Determinación del período de obstrucción sobre muros considerando galería y alero.
En la figura 15 se pueden apreciar los resultados de los balances térmicos, son significativas las
reducciones alcanzadas tanto en las cargas de calefacción como de enfriamiento, al implementar
sucesivas mejoras, desde solo modificar la envolvente del prototipo de referencia hasta la
implementación de soluciones de diseño bioclimáticos.
Se observa que para la situación de invierno, el prototipo de referencia que presenta una pérdida de
-6949 Wdía, podría mejorar su comportamiento a una ganancia de 2019 Wdía, con la propuesta de
diseño de la vivienda con galería, alero y protección en ventanas, dicho comportamiento favorecerá
la calefacción solar pasiva, estrategia básica a implementar para invierno en la localidad en análisis.
Para la situación verano, comparando el prototipo original con la propuesta de vivienda modificada
se verifica una reducción de las ganancias de calor de 28.472 Wdía a 8254 Wdía, situación que
UHVSRQGHDODHVWUDWHJLDIXQGDPHQWDOGH³PLQLPL]DUODVJDQDQFLDVGHFDORUHQYHUDQR´
35000
Q invierno
28472
30000
Q verano
25000
20511
Wdía
20000
15000
8254
10000
5000
2019
0
-2511
-5000
-10000
-6949
Prototipo de referencia
Prototipo de referencia
mejorado
Propuesta de vivienda c/galería
lateral, alero al frente y postigos.
Figura 15: Carga térmica comparativa del prototipo de referencia y de la propuesta de vivienda.
En síntesis puede decirse que la solución más favorable presenta una notable reducción de los
requerimientos energéticos para la calefacción y enfriamiento convencional, acercando la vivienda a
mejores condiciones de confort ambiental y a una disminución del consumo energético..
CASO III: VERIFICACION DE CONDICIONES DE ASOLEAMIENTO EN EDIFICIO DE OFICINAS
A solicitud de una Empresa Constructora, se realizó el análisis del comportamiento frente a la
radiación solar directa de los parasoles, diseñados por un estudio del medio para el Frente Norte del
edificio de Tribunales Federales de Tucumán. El edificio no cuenta en la actualidad con elementos
efectivos para el control solar, provocando esto deslumbramiento por la incidencia de la radiación
solar en el interior y un excesivo consumo en climatización por el elevado ingreso de calor en
verano.
Figura 16: Fachada actual y propuesta del edificio de Tribunales Federales.
La propuesta realizada para la fachada norte consta de una estructura metálica fijada al frente del
edificio, con parasoles corridos compuestos por 4 lamas horizontales inclinadas 30° repetidas en
todos los niveles del edificio.
Se planteó, además, una segunda alternativa de menor costo pero con una obstrucción de similares
características a la de la propuesta original, en la que se redujo a 3 las lamas horizontales,
modificando la inclinación a 45° (ver figura 17).
Figura 17: Cortes con las 2 alternativas de parasol
Figura 18: Vista exterior de la maqueta de estudio en el
simulador solar.
Para ambas propuestas se realizó la evaluación de asoleamiento con el método gráfico de
³7UD\HFWRULD6RODUHQ3UR\HFFLyQ&LOtQGULFD'HVDUUROODGD´\FRQPRGHORVDHVFDODTXHIXHURQ
DQDOL]DGRVFRQHO³6LPXODGRU6RODU´HTXLSDPLHQWRGHO/DERUDWRULRGHO,QVWLWXWRGH
Acondicionamiento Ambiental, para los solsticios de verano e invierno y los equinoccios de
primavera y otoño en las distintas horas del día.
En ambos casos no se observó ingreso de sol en el solsticio de verano y, en el de invierno, se
verificó ingreso de sol en las primeras horas de la mañana, situación de simple control con el uso
del cortinado interior para impedir el deslumbramiento.
A fin de evaluar la influencia de la protección solar en el comportamiento térmico del edificio, se
determinaron con programas computacionales, las cargas térmicas a través de las superficies
vidriadas para verano, considerando la situación actual (ventanas sin protección) y las alternativas
de protecciones solares propuestas para la fachada (ventanas con protección). A partir de los
cálculos realizados se pudo determinar que la incorporación de protecciones solares permitirá
reducir el aporte de calor a través de las superficies vidriadas en un 55%.
Wdia m2
300
Carga Térmica por m2 en verano
250
200
150
284
100
128
50
0
ventanas sin protección
Wdia
120000
ventanas con
protección
Carga Térmica Total en verano
100000
80000
60000
119094
40000
53777
20000
0
ventanas sin protección
ventanas con
protección
2
Figura 19: Carga térmica por m de superficie vidriada
de la fachada norte en verano
Figura 20: Carga térmica a través de la totalidad de la
superficie vidriada de la fachada norte en verano.
Si bien las ventanas ofrecen vistas y posibilitan el paso de luz y ventilación natural, también
permiten el ingreso de radiación solar directa, representando este un importante aporte de calor al
interior, lo cual puede redundar en elevados consumos para enfriamiento artificial de los edificios. A
través de este estudio queda demostrado que, solamente con la incorporación de adecuados
elementos de protección solar, se puede mejorar las condiciones térmicas y lumínicas en forma
natural, reduciendo significativamente el consumo de energía de los sistemas de aire
acondicionado.
Conclusiónes:
Los estudios que se presentados en el trabajo, posibilitaron cuantificar la influencia de variables de
diseño en relación al asoleamiento, y mostrar la manera en que las diferentes decisiones del
proyecto arquitectónico, desde la forma del edificio, su ubicación en el terreno, hasta las
características de sus aventanamientos y protecciones, condicionan la respuesta frente a las
necesidades de control y aprovechamiento de la radiación solar y por lo tanto el balance energético
final.
Los resultados alcanzados en el estudio de los conjuntos de viviendas permitieron concluir que, el
cumplimiento de una pauta básica para la adecuación climática de las viviendas como es la correcta
elección de la orientación, permite en invierno ganancias de calor suficientes como para lograr la
calefacción de los ambientes sin necesidad de sistemas artificiales de calefacción. Asimismo, en
verano, al disminuir el aporte de calor, posibilita la reducción de los requerimientos de energía para
el enfriamiento artificial de los ambientes.
Al incorporar soluciones de diseño integrales, que abarcan desde la correcta elección de las
orientaciones, el diseño de elementos efectivos de protección solar en las ventanas hasta la
elección de apropiadas soluciones constructivas de la envolvente, se logran mejores condiciones de
confort ambiental y una sustancial disminución del consumo energético en calefacción y
enfriamiento.
A partir del análisis de la influencia de las protecciones solares en un edificio de oficinas, se pudo
demostrar que la sola incorporación de efectivos sistemas de control solar permite mejorar las
condiciones térmicas y lumínicas en forma natural, reduciendo significativamente el consumo de
energía de los sistemas de aire acondicionado.
Referencias bibliográficas
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6RQLD2PHOLDQLXN$OEHUWR&RUWHV³EFICIENCIA AMBIENTAL URBANA Y
ARQUITECTONICA EN EL AREA CENTRAL DE LA CIUDAD DE ROSARIO,
$5*(17,1$´Facultad de Arquitectura, Planeamiento y Diseño, Universidad
Nacional de Rosario)
RESUMEN:
(O WUDEDMR KD VLGR GHVDUUROODGR HQ HO PDUFR GH ORV SUR\HFWRV ³,QGDJDFLRQHV DFHUFD GH OD FDOLGDG
ambiental de edificios. Relaciones entre el ambiente construido del Area Central de la Ciudad de
RoVDULRODV1RUPDVGH+DELWDELOLGDGHO5HJODPHQWRGH(GLILFDFLyQ\HO&yGLJR8UEDQR´\³&DOLGDG
ambiental del entorno urbano. Aspectos cualitativos, cuantitativos, objetivos y subjetivos del espacio
público en la ciudad de Rosario."
La eficiencia energética en edificios es la estrategia más adecuada para reducir la huella de
carbono, ahorrar energía y mejorar los indicadores de producción. Esto implica optimizar el diseño,
la materialidad edilicia y las pautas comportamentales de los usuarios. Dichas estrategias resultan
indispensables no sólo por su potencial incidencia en la reducción de los consumos energéticos y
en las emisiones de CO2 que inciden en el calentamiento global, sino también por la optimización de
las condiciones de confort interior y la habitabilidad urbana.
El aumento significativo de energía destinada al confort edilicio y las consecuentes emisiones de
gases de efecto invernadero, constituyen datos de la realidad que ponen en evidencia desajustes en
las decisiones de planificación y diseño, y en la modificación de las condiciones microclimáticas
urbanas.
El objetivo de este trabajo es profundizar en el estudio de la relación entre consumo energético, el
diseño de edificios y la calidad ambiental de los corredores urbanos adyacentes, correspondiente a
una manzana en proceso de densificación en el marco de la ordenanza de uso de suelo vigente en
el Área Central de la Ciudad de Rosario. Se analiza el proceso de compactación edilicia en dos
escenarios: el actual y una posible configuración a futuro, a partir de su dinámica de transformación
urbana. Se estudian variables cuantitativas de consumo energético, emisiones de gases de efecto
invernadero y características microclimáticas resultantes del incremento de volumetría urbana y se
proponen indicadores de eficiencia ambiental para la implementación de normativas sustentables de
uso de suelo urbano, habitabilidad arquitectónica y urbana.
Palabras clave: calidad ambiental, densificación, eficiencia, edificios, uso de suelo.
INTRODUCCION
Desde un enfoque sistémico, una ciudad en cuadrícula actual, puede describirse como una
estructura estática primaria (determinada por ejes o canales viales y manzanas), una estructura
estática secundaria (división parcelaria y construcciones de baja altura que contiene la manzana),
sobre la cual ±por sustitución o completamiento- se establece una estructura estática terciaria
1
(edificios en altura) , cuya configuración construida es regulada por normativas urbanas en función
de diversos parámetros relacionados con la posición relativa del lote y la capacidad de carga del
soporte urbano.
La estructura estática primaria del Área Central (determinada por ejes viales y manzanas), se
caracteriza por la existencia de calles y veredas relativamente angostas (17 metros en general) que
delimitan manzanas de poco más de 100 m de lado. La estructura estática secundaria (división
parcelaria y construcciones de baja altura que contiene la manzana) está definida por lotes
angostos, sobre los cuales ±por sustitución o completamiento- se establece la estructura estática
1
Las nociones de estructura estática primaria, secundaria y terciaria fueron desarrolladas por DI BERNARDO E., et al.
"Rosario, Ciudad en cuadrícula". Congreso La Cuadrícula en la Ciudad Latinoamericana. Salamanca, España. 1992.
2
terciaria (edificios en altura) , cuya configuración construida debe ser cuidadosamente regulada por
normativas urbanas en función de la capacidad de carga del soporte urbano. Esta modalidad de
subdivisión de la manzana cuadrada, define lotes profundos y la necesidad de mantener espacios
abiertos internos. Los tendidos infraestructurales, en general, están integrados a los ejes viales y
peatonales de la estructura estática, pero son parte de la estructura dinámica del sistema, la que se
modifica en el tiempo adecuándose a las transformaciones del tejido y de la planta urbana.
La sostenibilidad (o la no sostenibilidad) no es mensurable fácilmente: en realidad, no se trata de un
fenómeno natural descriptible o de consecuencia directa de la lectura de indicadores ambientales.
Es importante entonces puntualizar que no todos los indicadores ambientales pueden ser
considerados como indicadores de la sostenibilidad. Existe sin dudas una brecha en la evaluación
ambiental entre las necesidades humanas y los sistemas naturales.
Los indicadores de la sostenibilidad no pueden referirse a aspectos ambientales, económicos y
sociales singulares, puesto que es indispensable la conexión recíproca.
La medida de la sostenibilidad impone la transición de un enfoque puramente reduccionista a uno
holístico, es decir el pasaje de una visión particular a una que prevea la complejidad del sistema,
como la pérdida de la biodiversidad, la valoración del capital natural, el balance de gases de efecto
invernadero, los cuales son componentes insustituibles del sistema. El fomento de la eficiencia
energética constituye una parte importante de los compromisos del Protocolo de Kyoto en cuanto a
la reducción emisiones de CO2 hacia la atmósfera y un avance a nivel local en términos de una
adecuada gestión pública urbana.
La ciudad de Rosario en general ±y el área central en particular- están experimentando un proceso
de transformación impactante caracterizado por la construcción masiva de nuevos edificios o la
remodelación de edificios existentes. De hecho, los problemas asociados a la densificación del
tejido en áreas centrales demandan para su solución la determinación de pautas claras y controles
impuestos por las autoridades pertinentes que garanticen el cumplimiento de la normativa y la
protección de la calidad urbana frente a las acciones de los distintos sectores privados involucrados
en la construcción de la ciudad.
Los conflictos desencadenados por la falta de ajuste entre disponibilidad infraestructural y demanda
de nuevos componentes de la estructura estática terciaria (PH en altura), tienen como escenario
una estructura primaria (en la que se da la transición público-privado), que recibe el impacto de las
transformaciones de la manzana como módulo básico del sistema. Las reducidas dimensiones de
calles y veredas, y la baja alternancia con avenidas de mayor proporción, constituyen una
invariante no compatible con configuraciones muy densas. Otro de los problemas observados a
partir de los procesos de densificación, es la drástica reducción de la superficie permeable dentro
3
de la propia manzana.
La manzana urbana como módulo generador de las tendencias configurativas en áreas de
centralidad es considerada como escenario para evaluar posibilidades a futuro en el marco de las
potencialidades de la normativa vigente. En tal sentido, se ha analizado una manzana localizada en
el área central de la ciudad de Rosario, considerando las características de su configuración, el
entorno urbano y la potencialidad edificatoria de acuerdo a la normativa vigente e indicadores
propuestos.
Al respecto, y a partir del año 2008, el Código Urbano de la ciudad ha integrado nuevas ordenanzas
que regulan el uso de suelo en el área central, marco normativo dentro del cual se ha realizado este
estudio.
El proceso productivo de la construcción, organizado en términos de la lógica capitalista, da lugar a
la formación de un conjunto de rentas en relación, constituyendo la dinámica organizadora y
estructurante del proceso de edificación de la ciudad. En la tierra urbana, dada su articulación
compleja, aparecen dos tipos de rentas: las rentas primarias, ligadas a la construcción y las
2
Las nociones de estructura estática primaria, secundaria y terciaria fueron desarrolladas por DI BERNARDO E., et al.
1992.
La superficie de suelo permeable en plazas del área central, sin considerar los parques de la ribera,
representa menos del el 1% de la superficie total del área. CAVAGNERO, G., 2009.
3
secundarias, vinculadas a las actividades o usos. Las dos influyen y se entrelazan para modular los
valores de los lotes en la ciudad.
Cabe mencionar que la modalidad de subdivisión de la manzana cuadrada, define lotes profundos y
la necesidad de mantener espacios abiertos internos que, considerando la configuración que asume
la estructura terciaria, viendo reducida su capacidad de aprovechamiento solar. De hecho, la
manzana cuadrada, resulta significativamente menos eficiente que las rectangulares orientadas al
Norte, desde el punto de vista de su potencialidad para el aprovechamiento de la energía solar para
4
calefacción.
DESARROLLO
El área central de la ciudad de Rosario resulta representativa de modalidades de densificación que
van repitiéndose en determinados sectores de los anillos perimetrales que la circundan. Los
principios rectores que se fijaron en el Plan Urbano de Rosario 2007-2017 para regular la
morfología edilicia son los siguientes:
x
x
x
x
El establecimiento de índices de edificabilidad acordes con el carácter de los distintos
sectores de la ciudad y con los procesos de transformación o conservación que se pretende
alentar (protección del tejido o de componentes edilicias, completamiento, sustitución o
renovación).
la reducción de los índices y/o alturas de edificabilidad en ciertas áreas caracterizadas de la
ciudad con la finalidad de proteger su calidad urbanística y ambiental.
la concentración de alturas en determinados ejes o corredores urbanos.
la proposición de formas de disposición del volumen edificado y la utilización de
determinadas tipologías edilicias para sectores o componentes urbanos en función de las
políticas de transformación o conservación propuestas por el Plan Urbano Rosario.
Estos índices de edificabilidad y la regulación de alturas, no obstante, no están logrando que estos
procesos de protección del tejido o de determinadas componentes edilicias, de completamiento,
sustitución o renovación, preserven la calidad urbanística y ambiental en el área central. Es más, el
proceso de densificación de los últimos diez años, ha resultado en conformaciones de las manzanas
que muestran serias falencias respecto de aspectos prioritarios de la habitabilidad, como son el
asoleamiento, la ventilación, la infiltración pluvial y la necesaria privacidad, a lo que se suman las
características de las tipologías dominantes implicando un derroche energético.
Otro aspecto importante es el fenómeno de la isla de calor en su resultado microclimático, es decir,
el incremento de las temperaturas urbanas con respecto a su entorno natural. Este hecho se debe a
que los espacios construidos almacenan y emiten calor, a la capa de contaminación atmosférica, a
la escasa evapotranspiración en los centros urbanos, al producto de las exiguas áreas verdes y de
la impermeabilidad de los suelos, a la generación de calor por los automóviles y a la actividad
industrial y urbana.
En cuanto a la relación entre áreas verdes y áreas pavimentadas en el área central, la superficie
destinada a plazas representa sólo el 2 % del área total, lo que implica alrededor de 9 manzanas
sobre en un total de 305. Sólo el 40% de la superficie de suelo de estos espacios tiene cobertura
vegetal, lo que constituye el 0,6% del total de la superficie del área central. Si se considera la
progresiva pavimentación de los centros de manzanas del área, es un dato relevante en términos de
las dificultades de infiltración pluvial.
Existe por lo tanto, una demanda en aumento de los espacios públicos para el desarrollo de
actividades recreativas y de encuentro social. No obstante la relativa cercanía de los grandes
4
"Las configuraciones rectangulares, con proporciones de lados de 5/3 y 5/2 (lado 5 en sentido E-O) resultan
en el aprovechamiento más eficiente del terreno manteniendo buenas posibilidades de asoleamiento pleno,
sobre fachadas al norte (calefacción de espacios) y techos horizontales y en pendiente (calentamiento de
agua). Las manzanas de proporciones 5/5, típicas de la trama fundacional, demuestran ser las menos
eficientes, aún estando correctamente orientadas". En ARBOIT, M. y DE ROSA, C. " Morfología urbana para la
sostenibilidad energético ambiental del parque edilicio en ciudades andinas. Caso: área metropolitana de
Mendoza, Argentina. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente. Vol. 16, 2012. Impreso en la
Argentina. ISSN 0329-5184
parques públicos localizados sobre la ribera del río Paraná, se observa en ciertos sectores la falta
de espacios verdes ubicados a una distancia peatonal accesible para el uso recreativo diario de los
habitantes permanentes (radio de 200 m del lugar de residencia).
Las lógicas del mercado y la carencia de normativas de racionalidad constructiva, juntamente con
un proceso gradual que adjudica al valor del suelo una potencialidad edificatoria y por ende una
rentabilidad sin precedentes, conllevan a la compactación y densificación del área central y del
primer anillo perimetral de la ciudad de Rosario. La estrategia inmobiliaria, reemplaza la calidad de
YLGDXUEDQDSRUXQVLQQ~PHURGH³DPHQLWLHV´ORFDOL]DGDVHQODVSURSLDVFRQVWUXFFLones. (Figuras 1 y
2)
Figura 1: Vista aérea Area Central Rosario
Rosario)
Figura
2:
Area
Central
(Municipalidad
de
En este momento en que la sociedad demanda un gran número de satisfactores para lograr
condiciones de bienestar en el espacio interior, se hace necesario que los proyectistas y políticos
evalúen las posibilidades de mejorar el ambiente construido con el menor costo posible atendiendo
a adecuadas normativas de habitabilidad en cuanto a la salubridad, energía e impacto ambiental de
las construcciones. La energía es invisible y su uso, una rutina. El consumo energético está
estrechamente ligado a los avances tecnológicos, es decir a la proliferación de artefactos con
nuevas prestaciones para lograr condiciones de confort interior. El hombre occidental requiere cada
vez con más insistencia que su ambiente esté controlado, aspirando a una total comodidad térmica.
El consumo contribuye al mantenimiento y reproducción de los límites sociales y diferencias a través
de la adquisición de bienes y servicios para el bienestar psicofísico.
Las tipologías edilicias en el área central de Rosario evidencian un total desinterés en términos de
habitabilidad cuantitativa y cualitativa. El significativo impacto social asociado a la dependencia
funcional de crecientes consumos de energía en el contexto de la crisis generada por el
agotamiento de los recursos de origen fósil, el incremento de la huella de carbono y el cambio
climático, ha determinado la necesidad, por parte del ejecutivo municipal, de aprobar proyectos de
ordenanzas dirigidos al uso de energías alternativas y el ahorro energético en edificios. En este
contexto, se ha reglamentado la Ordenanza Nº 8757, que incorpora al Reglamento de Edificación de
OD &LXGDG GH 5RVDULR OD 6HFFLyQ ³$VSHFWRV +LJURWpUPLFRV \ 'HPDQGD (QHUJpWLFD GH ODV
&RQVWUXFFLRQHV´ Dvanzando en el establecimiento de normas que apunten a regular las
características constructivas con incidencia en los consumos energéticos para climatización y
garantizar estándares mínimos de confort de los edificios.
Dado el microclima templado-húmedo de la ciudad de Rosario (33 S, 60 W), es viable optimizar los
consumos energéticos de funcionamiento en invierno y verano de edificios a partir de pautas de
diseño y materialización orientados al uso racional de energía, teniendo en cuenta el ciclo de vida
útil. El acondicionamiento en período estival (comprendido entre noviembre y marzo) es
determinante en la demanda energética anual.
CARACTERÍSTICAS DE LA MANZANA ANALIZADA
El Plan Urbano de Rosario 2007-2017 establece las siguientes operaciones estructurales Frente
Costero (Costa Norte, Costa Central, Costa Sur), Nuevo Eje Metropolitano Norte-Sur, Nuevo eje
Metropolitano Este-Oeste, Bordes de los Arroyos y Frente Territorial.
La manzana seleccionada se inserta en el Frente Costero Central, rasgo que le confiere alto valor
inmobiliario en función de su posición relativa y por la calidad paisajística de su entorno, ya que está
ubicada frente a un sector de los parques lineales sobre la ribera del Paraná.
La misma se inserta entre tres corredores urbanos y está delimitada por las calles Salta-CorrientesJujuy y Entre Ríos. Calle Jujuy (ó Av. Del Huerto) pertenece al borde costero, calle Corrientes,
importante corredor urbano, y otras dos calles que presentan un proceso de densificación creciente.
(Figura 3).
Figura 3: Imagen Satelital Google Earth, 2014.
Figura 4 Manzana y entorno
La fachada sobre calle Jujuy (orientada a 15 º respecto al Norte) forma parte del límite entre la
ciudad y el borde verde costero planteado como un corredor urbano. Este límite resulta una gran
muralla en vías de completamiento, que beneficia a unos pocos propietarios con vistas
excepcionales de la región del rio Paraná y sus islas. (Figura 4)
Según el Código Urbano de Rosario, los terrenos en esquinas de hasta 300m² de superficie tienen
la posibilidad de incrementar un 33% el índice edilicio máximo. Cabe destacar la gran superficie
construida a través de los emprendimientos inmobiliarios, torres de gran altura y condominios
exclusivos de gran valor inmobiliario, para uso residencial y servicios en el área de Puerto Norte
(Costa Norte) y Costa Central.
En la manzana se distinguen dos edificios de gran porte: Punta Divisadero y Sol Guaraní
construidos en 1998 y 2002 respectivamente. El primero de 37 pisos, se encuentra en la
intersección de las calles Av. Del Huerto (Jujuy) y Corrientes y tiene una altura de 117m. El segundo
de 25 pisos y 85 m de altura, está ubicado sobre Av. del Huerto. (Figura 5). Cabe destacar el edificio
racionalista de valor patrimonial localizado en la intersección de Av. Del Huerto y Entre Ríos.
Figura 5: Corredor urbano Av. Del Huerto/ Corrientes/ Entre Ríos
El resto de la misma se ha ido densificando a través de los años con una marcada impronta de
edificios de propiedad horizontal, servicios, espacios destinados a estacionamiento de alquiler y
actividades recreativas.
Sobre el frente costero, se localizan el Centro Municipal Distrito Norte, el Club Mitre y el Parque
España a lo largo de la Av. Arturo Illia.
La configuración futura está determinada por la Ord.8243/08, y puede ser objeto de aplicación de
las distintas regulaciones normativas de Rosario, convenios urbanísticos y contribuciones
compensatorias por incremento de altura. (Ord. 7799/04). La misma suprime los índices edilicios en
los distritos A, B, C, D, E, F, G e I hasta entonces vigentes y ubica la manzana en cuestión dentro
del Área General, donde se establece una altura máxima de veintitrés (23) metros con una
tolerancia de un 5% en la altura, para ajustes constructivos.
El suelo está impermeabilizado en la casi totalidad de las superficies de los lotes. Los edificios, de
gran altura, responden a las actuales pautas de construcción: compacidad, hermeticidad, baja
resistencia térmica, ausencia de protecciones, uso indiscriminado de fachadas vidriadas, elevada
superficie expuesta de los planos medianeros con respecto a las edificaciones linderas lo que
conlleva a la climatización mecánica de los espacios interiores
INDICADORES DE EFICIENCIA AMBIENTAL PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE NORMATIVAS
DE USO DE SUELO URBANO, HABITABILIDAD ARQUITECTÓNICA Y URBANA.
Para la construcción de indicadores se han considerado dos escenarios, el actual y el
correspondiente a la posible configuración a futuro en el marco de la Ordenanza Ord.8243/08.
Los indicadores considerados para el análisis del caso refieren a aspectos:
1) De planificación urbana: normas
a) uso de suelo
El Indice de Ocupación de Suelo es la relación que existe entre la superficie total que ocupa la
edificación en planta baja y el área total del predio, sin descontar la superficie comprendida por el
retiro de línea de edificación y el espacio determinado por el centro de manzana (%, anteriormente
denominado Factor de Ocupación de Suelo- FOS- en el marco de la Normativa del Municipio de
Rosario).
A partir de 2008, se desestima la regulación del Indice de Ocupación de Suelo, permitiendo el
incremento de la impermeabilización del Area Central.
b) Compacidad edilicia
El Indice Edilicio es la relación entre la superficie total de edificación, incluidos entrepisos pero
excluyendo galerías, subsuelos, balcones e instalaciones de servicios en azoteas y el área total del
predio sin descontar la superficie comprendida por el retiro de línea de edificación y el espacio
determinado por el centro de manzana (% anteriormente denominado Factor de Ocupación TotalFOT).
La compacidad es entendida como el cociente entre el volumen y la superficie de la envolvente
-1
expuesta de los edificios (m ) y el factor de forma es la relación inversa (m)
c) Altura de edificación y tratamiento de corredores urbanos
La altura máxima de los muros de fachada sobre la línea municipal para el distrito permite una altura
Pi[LPDGHYHFHVHODQFKRGHFDOOH\ODSRVLELOLGDGGH³PD\RUDSURYHFKDPLHQWRSRULQFUHPHQWRGH
DOWXUD´PHGLDQWHHOFREro de una contribución compensatoria.
2) De eficiencia energética
a) limitación de la demanda energética
La Ordenanza Nº 8757 (aprobada en 2011 y reglamentada en 2013) promueve el control indirecto
2
de la demanda energética de los edificios de más de 4000 m mediante la limitación de los
parámetros característicos de los cerramientos y particiones interiores que componen su envolvente
2
térmica, reduciendo la transmitancia térmica de los mismos. (Kmáximo: W/m K) y optimizando la
protección solar (Factor de Exposición Solar:%)
b) Emisiones de gases de efecto invernadero
Las emisiones totales se presentan en kg de CO2 emitidos a la atmósfera como un indicador de
presión ambiental frente al consumo energético. La huella producida en la fase operacional refiere a
la emisión indirecta de CO2 relacionada con los consumos eléctricos. Las emisiones de gases de
efecto invernadero se obtienen aplicando los factores de conversión energética (kg CO 2/kWh) en
función del proceso de compactación y demanda energética a nivel urbano.
c) De la permeabilidad urbana
El proceso de impermeabilización de las superficies reduce la infiltración debido al revestimiento del
suelo como consecuencia de la construcción de nuevos edificios, pavimentación de veredas, calles
y avenidas, y la remoción de la cobertura vegetal. La dificultad para adecuar la infraestructura
pluvial en áreas densamente urbanizadas y el alto costo de la misma, determinan la conveniencia
de preservar y recuperar, en la medida de lo posible, los centros de manzana verdes y corredores
urbanos mediante cobertura vegetal para mejorar la calidad ambiental reduciendo riesgos. 5 El
índice permeable (%) es la relación entre área cobertura vegetal y área urbana total.
d) De las proporciones de los canales circulatorios y altura de edificación:
Esta variable afecta el microclima urbano debido a la disminución de las pérdidas de calor por
irradiación nocturna, debido a la pequeña porción de cielo visible desde la superficie, a
consecuencia de las características geométricas del tipo de perfil del cañón urbano (abierto y/o
cerrado).
El factor de cielo visible ó SVF (Sky View Factor) determina que la mayor parte de la radiación
infrarroja emitida permanezca atrapada en el complejo entramado de la urbe, por las múltiples
5
En los casos de manzana de cuatro lados, la profundidad edificable sobre un lado es igual a la semisuma de
los lados contiguos multiplicados por un coeficiente de valor 0,3. No rige centro de manzana: Cuando la
profundidad edificable sea menor de veinticinco metros (25m.), o mayor de cuarenta (40m.), o cuando la
semisuma de los lados opuestos sea igual o menor de setenta metros (70m.). Manzana de cinco lados (ver
punto 3.7.2.4 del Reglamento de Edificación Municipalidad de Rosario)
reflexiones entre el suelo y las paredes de los edificios. (Figura 6). Además la mayor capacidad
calorífica de los materiales urbanos almacena gran cantidad de calor. Las diferencias térmicas entre
los materiales urbanos y otros tipos de superficies son muy pronunciadas, el calor desprendido por
las actividades humanas y los mismos habitantes de la ciudad contribuye al incremento térmico,
aunque su disipación es muy rápida y apenas influye en el balance global.
Cabe remarcar que la formulación de indicadores de eficiencia ambiental urbana y arquitectónica se
basan en criterios de ahorro energético a través de estrategias de diseño, ponderando la
maximización de las resistencias térmicas de la envolvente de los edificios y posteriormente el
aprovechamiento del recurso solar.
ANALISIS Y RESULTADOS
Para analizar la relación entre materialidad constructiva y consumo energético, se realiza la
simulación de la configuración de la tipología edilicia prototipo en la manzana mediante el software
Building Advisor 1.1 del Massachusets Institute of Technology, (MIT). El análisis considera las
siguientes variables: rango de temperaturas de confort interior, temperaturas exteriores porcentaje
de área vidriada, sistemas de acondicionamiento, ocupación, resistencias térmicas de planos
vidriados y opacos, renovaciones horarias, iluminación, etc, para las distintas orientaciones Se
presupone que la totalidad de la demanda de calefacción, refrigeración, iluminación, equipos es
abastecida mediante energía eléctrica.
2
De la simulación resulta un consumo promedio anual de 100 kWh/m año, distribuido en las
siguientes prestaciones: calefacción (10%), refrigeración (30%), iluminación y equipos (60%). El
valor resultante intenta ponderar el comportamiento termo-energético de las diferentes morfologías
edilicias y cualidades constructivas que se encuentran en la manzana en estudio.
Figura 6: Imagen 3D de la manzana (2014 y proyección futura)
Si se comparan el escenario actual (2014) y su proyección futura resulta que la potencialidad
edificatoria puede incrementarse en más del 30% en función de la aplicación de la normativa
vigente a la totalidad de los lotes. (Figura 6) y Tabla I.
Tabla I: Escenarios: indicadores vigentes y analizados
Esta operación es factible por el tratamiento espacial fragmentado de los lotes y a la altura de
edificación máxima permitida, desatendiendo criterios de calidad ambiental en pos de la máxima
especulación inmobiliaria. Al respecto, posibles operaciones especulativas podrían generar grandes
volúmenes construidos a partir de la unificación de lotes y su tratamiento normativo diferencial. Esto
implica que la ausencia de índices edilicios mínimos y máximos representa un desacierto en la
política de gestión urbana eficiente. (Figura 7)
Además, si ampliamos el análisis a aspectos de eficiencia ambiental, en base a las estimaciones
realizadas, la relación densificación-demanda energética, se incrementa de manera similar,
respondiendo de igual modo, las emisiones de CO2 a la atmósfera, con el agravante de la nula o
casi ausente permeabilidad de la manzana.
El estudio realizado, a través del planteo de los dos escenarios de análisis, debiera ser confrontado
con los datos reales de consumo energético de la manzana por parte de la Empresa Provincial de
Energía de Santa Fe.
Figura 7: Relación demanda energética y factor de ocupación total
Las cuatro calles circundantes de la manzana analizada cuentan con las siguientes especies como
arboleda de alineación. (Tabla II)
Tabla II: Especies de vegetación
Especie
Calle E. Rios
Calle Corrientes
Calles Salta
Tilo (Tilia moltdeii)
15
1
Ibirápita (Peltophorum dubium)
1
13
Alamo blanco (Populus alba)
Av. del Huerto
3
Siempreverde (Ligustrum lucidum)
2
Otras especies
1
2
6
En las calles con arbolado de alineación se evidencia la fuerte disminución en la transmitancia del
cielo visible producida por el follaje en época estival. Sin embargo debe aclararse que no todos los
ejemplares son de la misma especie, ni de la misma envergadura.. En este caso, la capacidad
restauradora de la arboleda mejora las condiciones de confort urbano a nivel de los peatones. El rol
de la vegetación como filtro de la radiación solar (especialmente en período estival) se ve
imposibilitado por la altura de las edificaciones, siendo por lo tanto reducido el fenómeno de
enfriamiento producido por evapotranspiración.
En cuanto al factor de cielo visible, variable dependiente del ancho de calles y altura de edificación,
se obtiene que para el corredor Corrientes, es de 17º: para la calle Entre Ríos, es de 27º, para el
corredor Salta es de 26º y para Av. Del Huerto es de 94º -situación frente a parque ribereño-.Estos
valores demuestran una intensa altura edificatoria sobre los corredores y calles que se ve
favorecida en el caso de Av. Del Huerto dado su configuración en L (abierta). (Figura 6).
Figura 6: Cortes Corredores y Altura de Edificación: Factor de cielo visible
Esto conlleva un marcado almacenamiento y emisión de calor proveniente de las construcciones, de
la dinámica urbana juntamente con un escaso potencial de enfriamiento nocturno hacia la bóveda
de cielo.
CONCLUSIONES
El cumplimiento de exigencias mínimas verificables en un edificio aislado de acuerdo a la
Ordenanza Nº 8757, resulta insuficiente frente al proceso de compactación, impermeabilización,
PD[LPL]DFLyQ GHO IHQyPHQR ³LVOD GH FDORU´ REVWUXFFLyQ GH YLHQWRV SUHGRPLQDQWHV LQFUHPHQWR GHO
intercambio radiante de fuente extensa, reducción del factor de cielo visible y sobrecarga de los
servicios de infraestructura que experimenta la ciudad frente a la presión inmobiliaria y el uso del
suelo. La misma debiera tener como objetivo, en un futuro, obtener datos cuantitativos de consumo
2
energético (kwh/m año), indicador numérico de uso de energía primaria, a partir de pautas
constructivas sustentables. Este indicador orientaría en un futuro hacia el etiquetado de edificios
desde la máxima eficiencia a la mínima.
La concentración de capital a través de procesos de renovación y densificación en áreas de
centralidad, constituye un gran negocio para el mercado inmobiliario y la industria de la
construcción. Sobre todo siguiendo la lógica de la oportunidad, promoción y explotación, en base a
la disponibilidad de áreas sustituibles, marcos regulatorios permisivos y flujo financiero suficiente.
Es en estas coyunturas en las que el estado debe articular criterios organizacionales que viabilicen
configuraciones y funcionamientos eficientes. No pueden éstos quedar librados a las reglas del
mercado.
La formación académica en las disciplinas proyectuales incorporan herramientas de evaluación de
la racionalidad constructiva, sin embargo, las mismas no son usualmente implementadas en los
procesos de diseño y construcción de edificios por parte de los arquitectos, quienes identifican una
³DUTXLWHFWXUDJOREDOL]DGD´HQOXJDUGHXQ³DUTXLWHFWXUDFRQWH[WXDOL]DGD´/DDUTXLWHFWXUDJOREDOL]DGD
no contempla el sitio, el clima, su tiempo, perdiendo así su identidad cultural y opera en una lógica
del mercado inmobiliario, donde los valores de la modernidad des-territorializan las realidades
locales.
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Documentación electrónica
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http://www.rosario.gov.ar/ArchivosWeb/pur_07.pdf
http://www.rosario.gov.ar/sitio/arquitectura/reglamento_edif.jsp
http://www.rosario.gov.ar/sitio/arquitectura/cod_urbano.jsp
Salvador Gil y Roberto Prieto ³Eficiencia energética en el transporte
Vehículos a GNC y eléctricos´ (Universidad Nacional de San Martín ECyT)
Aproximadamente un tercio de la energía total de Argentina se utiliza en transporte. Una importante
fracción de este transporte se realiza con vehículos propulsados por motores de combustión interna.
La eficiencia energética, desde que el petróleo sale del pozo hasta que llega a la rueda de estos
vehículos, es del orden del 15%. Si a esto agregamos que muchas veces los vehículos livianos que
usamos para transporte, tienen una masa entre 15 a 20 veces la de sus pasajeros, la eficiencia
energética para trasladar la carga útil (pasajero) es inferior al 1%. Esto nos incita a analizar
críticamente la eficiencia de nuestro sistema de transporte. Actualmente existen alternativas, como
los vehículos eléctricos que tienen eficiencias hasta tres veces mayores y emiten menos de 5 veces
CO2 que los convencionales. En este trabajo se analiza la eficiencia de varias alternativas de vehículos:
a GNC, híbridos y eléctricos, respecto de los convencionales a gasolina.
Introducción
Es frecuente encontrar análisis de la problemática energética nacional que la reducen a una simple cuestión
de oferta. Es decir a la búsqueda de nuevas fuentes de abastecimiento que satisfagan la demanda. Este
enfoque elude un aspecto fundamental del problema, que es la naturaleza y roll de la demanda. Por otra
parte, hay un creciente consenso que el calentamiento global que está ocurriendo, es en buena parte
producido por el uso de combustibles fósiles. Estos hechos plantean desafíos que no podemos soslayar.
En este escenario, la alternativa de usar más eficientemente nuestros recursos energéticos es crucial. El
objetivo de la eficiencia, consiste en usar los mínimos recursos energéticos posibles, para lograr el nivel de
confort deseado. Esta elección tiene sentido tanto desde el punto de vista económico como medioambiental.
Al usar menos combustibles para hacer las mismas actividades mitigamos las emisiones de gases de efecto
invernadero, preservamos nuestros recursos y disminuimos los gastos en energía de los usuarios.
Fig. 1.
Distribución de la energía primaria en Argentina entre sus distintos usos, correspondiente al año
2009. Aquí Com+Publ se refiere a la energía usada en actividades comerciales y públicas, No
Energético se refiere a los insumos energéticos que se usan como materia prima para fabricación de
productos (plásticos, fertilizantes, etc.)
En Argentina aproximadamente un tercio de la energía primaria se utiliza en el transporte, ver Fig. 1(1).
Argentina depende para su abastecimiento energético, en una fracción significativa de su consumo, de la
importación de energía. El abastecimiento a partir de fuentes externas es altamente costoso y no previsible
debido a las fluctuaciones de los precios internacionales y a las incertezas en el suministro.
En Argentina el gas natural juega un rol crucial. No sólo constituye el combustible más importante de la
matriz energética nacional, sino que la red de transporte y distribución disponible es una de las más amplias
del mundo. De la flota de aproximadamente 8,5 millones de vehículos impulsados a Gas Natural Comprimido
(GNC) que existían en el mundo en 2008(2) más de 1,5 millones estaban en Argentina. Esto nos convierte en
uno de los países con mayor desarrollo de esta tecnología. Disponemos de una importante infraestructura,
numerosas estaciones de carga distribuidas en casi todo el país y una desarrollada industria de equipos para
vehículos a GNC.
Varios estudios recientes y hallazgos realizados in situ, sugieren que las potencialidades del gas natural no
convencional en Argentina, son muy promisorias(3,4). Las nuevas tecnologías de extracción, fractura
ŚŝĚƌĄƵůŝĐĂ ;͞ĨƌĂĐŬŝŶŐ͟), están haciendo que la producción de gas natural no convencional en EE.UU. ya
alcance cerca del 25% del total de su producción, con perspectivas muy optimistas para el futuro. Es de
esperar, en un futuro no lejano, un avance importante de gas natural no convencional en Argentina. Es decir,
el gas natural seguirá teniendo un papel substancial en nuestra matriz energética.
Hay evidencias cada vez más claras que el calentamiento global que está experimentando la Tierra tiene
causas antropogénicas. Se estima que el 60% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), son
consecuencia del uso de combustibles fósiles(5). Es prudente e imperioso que disminuyamos nuestras
emisiones GEI. A nivel internacional, cerca del 15% de las emisiones de GEI son producidos por el transporte.
Fig. 2.
Parque automotor en Argentina. Los automóviles de pasajeros (autos) constituyen
aproximadamente el 73% del parque automotor. Transp_liv se refiere a vehículos tipo pick-ups
usadas para el transporte liviano. Transp_carga son camiones y trans_pasaj. hace referencia a
autobuses.
El uso racional y eficiente (URE) y el aprovechamiento de las energías renovables, son claramente
componentes importantes en la búsqueda de soluciones a los desafíos energéticos del presente y futuro. Su
objetivo es lograr los niveles de confort deseables, usando los mínimos recursos energéticos posibles, sobre
todo los derivados de combustibles fósiles y mitigar las emisiones de GEI. El URE y el aprovechamiento de los
recursos energéticos renovables, son dos caras de una misma moneda, que se complementan
adecuadamente. Al disminuir las demandas energéticas, los aportes de fuentes renovables, comienzan a
jugar un rol más significativo y se genera un círculo virtuoso. Por una parte se disminuyen las emisiones de
GEI, se desarrollan tecnologías para aprovechar nuevas fuentes renovables. Esta sinergia puede generar
nuevos emprendimientos, empleo y desarrollo económico.
En este estudio nos restringiremos al caso del URE aplicado al transporte, con especial foco en vehículos
pequeños y medianos, es decir, automóviles que representan aproximadamente el 73% del parque nacional,
ver Fig. 2, dejando para otro estudio el caso del transporte de carga y colectivo de pasajeros(6). No
analizaremos aquí el caso de transporte ferroviario; que dado su importancia tanto para el transporte público
de pasajero y especialmente en el transporte de carga, merecen una deferencia especial. Tampoco se
considera el caso de biocombustibles ni el caso de motores diesel de última generación. Los valores
numéricos indicados en este trabajo, son en general aproximados, y sirven para indicar el orden de magnitud
de las cantidades de energía involucradas.
Eficiencia energética de vehículos
No toda la energía de los combustibles que se carga a un vehículo llega a las ruedas. Gran parte de ella se
pierde en fricción y calor. Las pérdidas de energía de un vehículo se pueden clasificar en dos categorías: las
pérdidas en ruta y las pérdidas de conversión.
Pérdida de energía en ruta: Todos los vehículos, independientemente de su tipo, tienen pérdidas de energía
al circular por la ruta, que incluye: a) la fricción del aire, b) la fricción mecánica (rodamientos, ejes,
transmisión, frenado, etc.) y c) la resistencia de rodadura de las ruedas. Estas pérdidas de energía están
presentes en todos los vehículos. La pérdida de energía por unidad de distancia recorrido, debido a la fricción
con el aire, aumenta cuadráticamente con la velocidad del vehículo, mientras que las otras pérdidas son casi
independientes de la velocidad. La Figura 3 ilustra esquemáticamente esta situación para un automóvil
compacto moderno.
Consumo de un vehículo
Consumo (MJ /100 km)
100
80
Fricción
Aire
60
40
Fricción mecánica
20
Fricción ruedas
0
-
20
40
60
80
100
Velocidad (km/h)
120
140
Fig. 3. Diagrama esquemático del consumo de energía en ruta de un vehículo por kilometro, como función
de la velocidad para un automóvil compacto moderno(7,10).
Las pérdidas por fricción con el aire pueden reducirse con un diseño aerodinámico adecuado. Asimismo con
neumáticos de baja resistencia de rodadura y con la presión adecuada, pueden reducir estas pérdidas de
energía. Las pérdidas mecánicas se pueden reducir mediante el diseño de frenos, cojinetes y otros
componentes giratorios de menor fricción. Un factor muy importante en la eficiencia es el peso del vehículo
mismo. Al disminuir el peso, se reduce la potencia necesaria para impulsarlo, por lo que el tamaño del motor
se reduce, tanto en potencia como en peso. Un menor peso a su vez disminuye las pérdidas de energía en los
frenados, ya que la energía cinética es proporcional a la masa del vehículo. Por lo tanto, hay una gran ventaja
en hacer el vehículo lo más ligero posible.
Pérdida de energía de conversión: se refiere a la eficiencia con que el motor del vehículo transforma la
energía de los combustibles o la acumulada en batería en energía mecánica. En el caso de los motores
eléctricos, esta transformación es muy eficiente, en general superior al 90%. Por otra parte, en los motores
de combustión interna, está transformación está limitada por el segundo principio de la termodinámica. Esta
eficiencia de conversión aumenta al aumentar la temperatura de motor y disminuir la de los gases de escape.
Pero la resistencia de los materiales, limita la máxima temperatura del motor y la temperatura ambiente
pone una restricción a la temperatura de los gases de salida. Algunos motores diesel de automóviles
compactos, tienen eficiencias de conversión del orden o inferior al 40% y los vehículos que usan gasolina esta
eficiencia es inferior al 30%. De este modo en los vehículos con motores de combustión interna, entre el 60%
al 70% de la energía de los combustibles se disipa en forma de calor. El resto (40% o 30%) se utiliza en
proveer la energía mecánica necesaria para suplir las perdidas en ruta. Sin embargo, como veremos
seguidamente, estas pérdidas de energía son solo una parte de la energía necesaria para movilizar un
vehículo.
Eficiencia de pozo a la rueda
El concepto de eficiencia del pozo a la rueda o "well-to-wheel" (W2W) toma en cuenta todas las
transformaciones que un dado insumo de energía primaria sufre desde que se extrae de la naturaleza (well)
hasta que llega al tanque o batería eléctrica (tank). También incluye la eficiencia desde que se carga de
combustible el tanque o de electricidad a la batería hasta que se transforma en energía mecánica para
recorrer una dada distancia. Así la eficiencia y el consumo de "well to wheel" se puede separar en dos partes:
"well-to-tank"(W2T) y "tank-to-wheel" (T2W). La primera etapa, W2T, incluye los gastos energéticos de la
extracción de petróleo, su transporte, procesamiento y la entrega de combustible al tanque (tank). El
concepto de "tank-to-wheel" hace referencia a la eficiencia del vehículo propiamente dicho, desde que se
carga de combustible hasta que este se transforma en energía mecánica.
Así, cuando decimos que un automóvil tiene un rendimiento de 15 km/litros, estamos haciendo referencia al
consumo "tank-to-wheel". Para obtener un litro de nafta, cuyo poder calorífico es de aproximadamente 8232
kcal/l (o 34,5 MJ/l), es necesario tener en cuenta la eficiencia de transporte del petróleo a la refinería (a
92%), la eficiencia de refinamiento (a 85%) y la de distribución de la nafta (a 94%). Por lo tanto la eficiencia
W2T de la nafta es del orden de a73,5% (=100 x0,92x0,85 x0,94). De modo que el consumo W2W para el
ejemplo considerado resulta 15 km/l /(34,5 /0,735) MJ/l|0,32 km/MJ. Por otro lado, por cada litro de nafta,
se emite aproximadamente 2,3 kg de CO2, de modo que las emisiones por kilómetro son |216 g(CO2)/km.
En el caso de vehículos eléctricos, la eficiencia T2W es en general del orden del 90%, sin embargo, la
generación eléctrica de origen térmica en centrales de ciclo combinado, tiene una eficiencia del 58%, a esto
hay que agregar la eficiencia del transporte de gas (a 95%) y la eficiencia de distribución eléctrica (a 88%). De
este modo la eficiencia W2W de un auto eléctrico alimentado con electricidad de origen térmico con
combustible de gas es del orden del 43% (=100x0,9x0,58x0,95x0,88). Además hay que tener en cuenta que en
promedio en Argentina por cada kWh se genera 0,5 kg de CO 2͘ ;ϴͿŶ ƵŶ ĂŶĄůŝƐŝƐ ͞well-to-wheel͟ ĞƐƚĂƐ
características de la generación eléctrica deben ser incluidas para comparar distintas tecnologías.
También se usa el concepto de eficiencia "well-to-wheel" en forma porcentual. Se refiere a la proporción de
energía de un dado combustible primario que finalmente se convertirte en energía útil al final de la cadena.
Por su parƚĞ Ğů ĐŽŶƐƵŵŽ ͞well-to-wheel" se define como el contenido de energía primaria que se necesita
para recorrer 1 km y se expresa en MJ/km. Desde luego, en la energía se deben contabilizar todos los
procesos del combustible primario necesarios para que finalmente el vehículo recorra 1 km. En el caso de un
vehículo convencional a nafta, con una eficiencia W2T del 20%, resulta que su eficiencia W2W es del orden
del 15% (20% x 73.5%). Si tenemos en cuenta que frecuentemente los vehículos tienen masas entre 15 a 20
veces la de sus pasajeros. Resulta que un automóvil que transporta a una sola persona, tiene una eficiencia
energética para trasladar la carga útil (pasajero) es inferior al 1%!
ů ĐŽŶĐĞƉƚŽ ĚĞ ͞well-to-ǁŚĞĞů͟ fue desarrollado por el Laboratorio Nacional de Argonne. Es muy útil para
evaluar las emisiones de gases de efecto invernadero producidos por diversos medios de transporte.(9)Es
interesante señalar, que un concepto más abarcativo para contabilizar el impacto ambiental, emisiones de
CO2 y consumo de energía, es el análisis del ciclo de vida de un producto, en este caso el vehículo, teniendo
en cuenta la energía y las emisiones usadas para transformar la materia prima en el producto final, su
consumo durante su ciclo de vida ͞well-to-ǁŚĞĞů͟ y finalmente la energía y emisiones producidas en el
reciclado y deposición del mismo. Esta metodología usada en el estudio del ciclo de vida de un producto se
conoce como análisis de cuna-a-la-tumba Ž ĐŝĐůŽ ͞cradle-to-grave͘͟ Ŷ Ğů ĐĂƐŽ ĚĞ ůŽƐ ǀĞŚşĐƵůŽƐ ůŝǀŝĂŶŽƐ͕ ŶŽ
hay estudios extensivos ni homologados, pero se estima que entre el 25% al 30% de la energía total que usa
un automóvil en su vida útil, (| 150 000 km), se emplea en la fabricación de los mimos. En este trabajo, solo
haremos referencia al ciclo ͞well-to-wŚĞĞů͘͟
Nuevos Vehículos
En los últimos años se desarrollaron distintas variedades de vehículos eléctricos e híbridos, mucho de ellos ya
se encuentran en el mercado internacional. Aquí hacemos una breve síntesis de las variantes más populares y
siglas que se usan para designarlos(10).
Vehículos eléctricos a batería (BEVs): Estos vehículos son propulsados por electricidad almacenada en una
batería de larga vida, diseñadas espacialmente para este tipo de vehículos. En general son baterías de Li-Ion o
baterías de níquel-hierro. Dado que la fuente de propulsión es la electricidad, en principio las emisiones de
CO2 del surtidor a las ruedas, T2W, es cero. Desde luego las emisiones para generar la electricidad, producir y
reciclar los vehículos no están contabilizadas en esta última aseveración. La batería se carga de la red
eléctrica convencional o punto de carga públicas diseñados especialmente para este fin.
Ventajas: Entre las muchas ventajas de los vehículos eléctricos, está la de poseer frenos regenerativos. En los
sistemas de freno tradicional, basados en la fricción, la energía cinética del vehículo se pierde con cada
frenada. Los frenos regenerativos permiten que una fracción importante de energía cinética del vehículo se
transforme en electricidad y se acumule de nuevo en la batería. Por otra parte, cuando un automóvil se
detiene en un semáforo, simplemente no hay consumo. Esto contrasta con vehículos de combustión interna,
donde se continúa consumiendo combustible, cuando el mismo está detenido en punto muerto.
Desventajas: Una de las desventajas de los BEVs es que aún las baterías de larga vida son caras, pesadas y
tienen un número de recargas limitadas (entre 300 y 1000). Por otro lado, los tiempos de recarga son en
general prologados, del orden de unas 8 horas y requieren de un sistema de conexión eléctrico con "timer"
que tiene un costo superior a los 1000 U$S. En los últimos tiempos se desarrollaron estaciones de carga que
reducen este tiempo a una fracción de una hora. Esto contrasta con los vehículos convencionales, donde la
carga de combustible tarda sólo unos pocos minutos. Algunos modelos de BEVs permiten cambiar las baterías
en la estación de carga, con lo cual se reduce el tiempo de carga. En este caso la batería es una parte
intercambiable del mismo. Sin embargo la infraestructura para tanto: las estaciones de carga rápidas, como el
intercambio de batería, aun en países avanzados está en una etapa muy incipiente.
La autonomía de cada carga en los BEVs es de unos 120 a 160 km, aunque hay prototipos con autonomía de
hasta 350 km. Actualmente el costo de los BEVs varía entre 25000 y 40000U$S, o sea entre 5 a 20 mil dólares
más caros que sus análogos convencionales a gasolina. Ejemplo de estos tipos de vehículos son entre
muchos: Peugeot Ion Eléctrico, Nissan Leaf, Renault Fluence Z.E.
Vehículos híbridos eléctricos (HEV): Los híbridos son quizás los vehículos eléctricos más comunes y
difundidos en el mercado actualmente. Estos combinan automáticamente entre un motor de combustión
interna eficiente y un motor eléctrico para maximizar la eficiencia de combustible. El motor de combustión
interna carga la batería. De este modo es posible recorrer varios kilómetros en estos vehículos usando
motores eléctricos solamente. Algunos modelos más nuevos pueden combinar los dos tipos de motores
(eléctrico y combustión interna) en momentos en que se requiere mucha potencia, por ejemplo fuertes
aceleraciones. Algunos modelos tienen un motor eléctrico que acciona las ruedas traseras, que permite tener
tracción en las cuatro ruedas que además pueden aportar más economía en su desplazamiento.
Ventajas: Los híbridos ya están en el mercado desde hace cerca de una década, por lo que su tecnología está
madura. También hay una creciente selección de modelos en venta, incluyendo las variantes de alto
rendimiento.
El combustible que usan es el convencional, de modo que la infraestructura de carga ya esta disponible. Su
manejo es similar a la de un automóvil con caja de cambios automática. Para comparación del consumo, se
puede tomar el Toyota Corola y el Prius, mientras el primero tiene un consumo (suponiendo 50% en ciudad y
50% en ruta) de 14,4 km/l el segundo tiene bajo las mismas condiciones un rendimiento de 23,4 km/l o sea
un rendimiento 62% mejor que un vehículo convencional (11).
Desventajas: La tecnología sigue siendo cara, los costos de estos vehículos en EE.UU. son del orden de unos
10 mil dólares más caros que los convencionales, así por ejemplo mientras un vehículo convencional cuesta
en los EE.UU. unos 20 kU$S en su versión equivalente híbrida (HEV) cuesta unos 30 kU$S. Muchos estados de
EE.UU. y el Gobierno Federal de ese país ofrecen bonos (revates) y descuento de impuestos que varían entre
unos 5 a 10 mil dólares. Con estas medidas se estimula la difusión de estos modelos de automóviles. Su
ventaja es disminuir las emisiones CO2 y la contaminación en las ciudades. Ejemplo de este tipo de vehículos
son: Toyota Prius, Peugeot 3008 HYbrid4, etc.
Vehículos eléctricos de autonomía extendida o Extended- (E-REV)
Estos vehículos son similares a los BEV, pero disponen de un motor de combustión interna solo para aportar
cargar la batería. Para viajes de hasta 80 km, el coche puede funcionar sólo con electricidad. La batería se
recarga mediante el motor de combustión interna o toma de corriente. Una vez que se agota la carga de la
batería, el motor de combustión interna hace funcionar un generador que suministra energía eléctrica para
recargar la batería. Esta es la diferencia con un híbrido, el motor de combustión interna nunca proporciona
potencia en forma directa a las ruedas.
Ventajas: Los E-REV tienen mucha autonomía y pueden funcionar en modo eléctrico hasta unos 80 km. Por lo
tanto reducen considerablemente las emisiones.
Desventajas: Su costo es todavía alto, entre unos 10 a 20 mil dólares más que un automóvil convencional.
Ejemplos: Chevrolet Volt, el Opel Ampera.
Vehículos a Hidrogeno con Celdas de Combustible (FCEVs)
Estos vehículos son eléctricos, pero la fuente de electricidad es una celda de combustible (CC) que utiliza una
reacción de hidrógeno y oxígeno para producir electricidad. El reabastecimiento de combustible tarda
alrededor de tres minutos y la emisión de escape es sólo vapor de agua. Aunque hay prototipos de distintos
fabricante en muchas partes, no hay pocos vehículos con celdas de combustibles en el mercado. En el mundo
hay unas pocas decenas de este tipo de vehículos en circulación a modo de ensayo.
Ventajas: los vehículos de celdas de combustible ofrecen la conveniencia de sistemas de propulsión eléctrica
pero con tiempo de carga similar a los convencionales. No emite gases nocivos ni CO 2.
Desventajas: La infraestructura de abastecimiento de combustible para los vehículos de celda de combustible
de hidrógeno es casi inexistente en el mundo.
El costo de estos vehículos es muy alto entre 120 a 140 mil dólares por unidad, lo mismo que el costo del
combustible. En EE.UU. el hidrogeno cuesta alrededor de 30 U$S por kilogramo. El poder calorífico superior
del hidrogeno es 34400 kcal/kg. Para la gasolina este valor es de 46885 kcal/kg. De este modo en EE.UU. el
costo del hidrógeno es unas 30 veces más caro que la gasolina por unidad de energía. La tecnología de los
FCEV es todavía una tecnología en desarrollo. Quizás haya que esperar unos 10 a 20 años para que madure, a
menos que ocurra un avance inesperado. Ejemplos: Honda FCX Clarity, Opel HydroGen4
Vehículos a GNC y nafta
En la Argentina hay una ventaja económica muy evidente en el uso de gas natural comprimido (GNC) como
combustible, por su bajo costo respecto de la nafta. El gas natural, tiene un poder calorífico superior (PCS) de
3
3
9300 kcal/m mientras que el PCS de la gasolina es de 8242 kcal/l. De modo que 1 m de GNC equivale
3
energéticamente a 1,13 litros de nafta. Por otra parte, el precio del GNC es de aproximadamente 3 $/m ,
equivalente a 9 ó 10 U$S/M_BTU y el de la nafta súper es de 12,5 $, equivalente a 42,8 U$S/Millón de BTU,
(Millón de BTU=M_BTU) es decir la nafta es casi 4 veces más que el gas natural en el mercado nacional. Así
que términos del costo de combustibles, para recorrer la misma distancia, el GNC es cuatro veces más
económico que la nafta en Argentina.
Si bien la inversión inicial para instalar el equipo completo para GNC es del orden de los 2000 U$S para
tecnologías de quinta generación, recorriendo unos 15000 km al año, dicha inversión se amortiza en
aproximadamente dos o tres años. Podemos señalar como desventajas la pérdida de espacio en el baúl (para
instalar el o los cilindros contenedores del GNC), y el hecho de que en ciertas ocasiones, es necesario reforzar
la amortiguación del vehículo. También hay otros gastos menores asociados a las revisiones periódicas: por
normativa es obligatorio realizar pruebas hidráulicas quinquenales de los cilindros y anualmente se debe
realizar una inspección completa del funcionamiento del equipo (la habilitación se consigna mediante una
oblea adherida al parabrisas).
Lo que deseamos analizar aquí es el posible ahorro energético y las emisiones de CO 2, utilizando la eficiencia
"well-to-wheel". En la Tabla 1, se observa que la eficiencia W2W de los vehículos a GNC es aproximadamente
25% mejor que la de los mismos vehículos (cuya eficiencia de "tank-to-wheel" es del 20%) cuando ellos
funcionan a nafta. La diferencia está asociada al hecho de que la nafta requiere de refinamiento, y la
eficiencia de transporte y distribución es menor que para el caso del gas natural.
Tabla 1. Comparación de eficiencias de un mismo vehículo impulsado a GNC y nafta
Eficiencia de los vehículos propulsados con GNC
Eficiencia del transporte de gas
97%
Eficiencia de los vehículos propulsados con Nafta
Eficiencia del transporte de petróleo
92%
Eficiencia de refinamiento de
combustible:
85%
Eficiencia de distribución del gas natural
95%
Eficiencia de la distribución y el
transporte de combustible (gasolina)
94%
Eficiencia T2W de un motor de
combustión interna (GNC)
20%
Eficiencia T2W de un motor de
combustión interna:
20%
Eficiencia W2W vehículos con motor de
combustión interna (GNC):
18%
Eficiencia W2W vehículos con motor
de combustión interna (gasolina)
15%
Consumo W2W (km/MJ)
0,40
Consumo W2W (km/MJ)
0,32
Emisiones g(CO2)Eq. por km
125
Emisiones g(CO2)Eq. por km
216
Mejora del consumo en vehículos a GNC
respecto de sus análogos
convencionales a nafta.
25%
Comparación de las emisiones de CO2
de vehículos convencionales a nafta
relativo al mismo funcionando a GNC.
1,73
3
Debido en parte al mayor poder calorífico de 1 m de gas natural, comparado con 1 litro de nafta, un vehículo
3
con un consumo de tanque-rueda de 15 km/l de nafta, tendría un consumo tank-to-wheel de 16,9 km/m de
3
GNC. El correspondiente consumo W2W sería, según los datos de la tabla 1, 16,9x(0,95x0,97)=15,6 km/m , o
3
sea 0,40 km/MJ. Por otro lado, por cada m de gas natural, se emiten 1,95kg (CO2). Así tenemos que las
3
3
emisiones por cada km son: (1 /15,6 km/m ) x 1950 g(CO2)/m =125 g(CO2)/km.
Los datos de la tabla 1 son muy elocuentes en cuanto a la conveniencia de utilizar gas natural, éste no solo es
un combustible más económico, sino que la eficiencia W2W es del orden del 25% mejor que la nafta y sus
emisiones de GEI son del orden del 73% o menores que las del mismo vehículo funcionando con nafta. Esta
conclusión vale para todos los vehículos de combustión interna, incluyendo el transporte de pasajeros. De
ello se desprende que considerar la posibilidad de incentivar un desarrollo de autobuses a GNC sería una
alternativa interesante de analizar, aun teniendo que importar gas a un precio de 15 ó 19 U$S/M_BTU. Como
vimos, el precio de la nafta actualmente equivale a 42,8 U$S/M_BTU (incluyendo impuestos). Si tuviésemos
este combustible líquido, convendría exportarlo e importar GNL.
Costo Máximo
Vehículo
Costo
Costo
Costo
Combust.
Combust.
Costo
Costo
Vehículo
Vehículo
Fig. 4. Comparación de los costos y combustible para un vehículo de combustión interna, operando a nafta
(convencional) y el equivalente a GNC. A la izquierda se observa que con un uso de 15 000 km/año, a
los costos indicados, en 2,3 años se recupera la inversión del equipo de GNC. A la derecha se indica en
cada caso el costo del vehículo y combustible usado a lo largo de 10 años, actualizados al valor
presente con una TIR=10%. Si el kilometraje recorrido anualmente fuese el doble, el tiempo de
recupero se reduce a 1,5 años.
Por último, el costo integrado de usar un vehículo, depende tanto del costo del mismo, más el costo del
combustible. Suponiendo un uso de 15 000 km/año y una tasa interna de retorno (TIR) del 10%, podemos
reducir el costo del combustible a valores presentes. Partiendo de un vehículo cuyo costo suponemos es de
20 000 U$S, con los costos de combustibles y equipo de conversión a GNC indicados más arriba, como se
ilustra en la Fig.4, en 2,3 años se recupera el costo de la inversión del equipo para GNC. Si se recorre el doble
de kilometraje este tiempo de recupero se reduce a 1 años.
La Fig. 4 indica además un hecho interesante. Si suponemos un vehículo que no tuviese gasto de combustible,
algo totalmente hipotético; el máximo costo que debería tener es de 27,5 mil U$S o sea del orden del 30%
mayor que otro convencional del mismo tipo; para ser redituable económicamente la elección. Esto significa,
que si se diseñase un vehículo hipotético ideal, que no tuviese gasto de combustible, a precio de
combustibles como los actuales, para que desde el punto de vista microeconómico, su elección sea
conveniente para el usuario, su valor no debería superar aproximadamente el 30% del valor de su
equivalente convencional.
De este modo, si la alternativa a los vehículos convencionales es muy costosa, el precio actuará como un
desincentivo. Este hecho impone un serio condicionamiento a los posibles prototipos que se puedan
desarrollar, ya que si su costo es superior al costo de un convencional en más un 30% de su valor, sería
necesario implementar algún tipo de subsidio u otra ventaja económica equivalente, para promover su uso y
desarrollo.
Vehículos Eléctricos (BEV)
Una tecnología que ha tenido un gran desarrollo en los últimos años es la de los vehículos eléctricos. Por lo
tanto es útil considerar la alternativa de utilización directa de la electricidad, generada por métodos
convencionales (gas + ciclo combinado) combinada con vehículos eléctricos y autobuses eléctricos (troley).
Aquí sólo consideraremos el caso de automóviles, dejando para otro estudio el caso de transporte público de
pasajeros.
En la tabla 2 se indica un conjunto representativo de valores de eficiencias para vehículos híbridos (HEV) y
eléctricos a batería (BEV). En ambos casos se observa una notable mejora en la eficiencia de uso de
combustibles comparado con los vehículos convencionales a nafta. En particular, en el caso de los BEV la
mejora en eficiencia es del orden de 3,8 veces respecto de los convencionales a nafta.
Sin embargo, para que los beneficios energéticos y medioambientales puedan concretarse, es necesario
considerar los aspectos microeconómicos, ya que la decisión de adoptar estas tecnologías depende de un
conjunto de millones de usuarios, que actuaran en promedio siguiendo las leyes económicas. Para nuestro
análisis es útil comparar el costo de estos vehículos (BEV y HEV) con los convencionales a nafta. A los costos
del mercado internacional actual, un vehículo eléctrico es del orden de 10 000 U$S más caro que un
convencional equivalente. Para que los usuarios tengan un estímulo económico, que vaya más allá de su afán
de disminuir sus emisiones de GEI, es necesario implementar algún subsidio, hasta que los vehículos
eléctricos producidos en gran escala, por si solo tengan un precio competitivo con los convencionales a nafta.
Ver figura 5.
Tabla 2. Eficiencia "well-to-wheel" de vehículos híbridos (HEV) y eléctricos (BEV).
Eficiencia de los vehículos Híbridos(HEV)
10
Eficiencia de los vehículos eléctricos (BEV)
Eficiencia del transporte de petróleo
92%
Eficiencia del transporte de gas
94%
Eficiencia de refinamiento de combustible:
85%
Eficiencia de generación eléctrica con
ciclos combinados:
58%
Eficiencia de la distribución y el transporte
de combustible (gasolina)
94%
Eficiencia de distribución y transporte
de electricidad
88%
Consumo W2W (km/MJ)
0,44
Consumo W2W (km/MJ)
1,21
Emisiones g(CO2)Eq. por km
157
Emisiones g(CO2)Eq. por km
55
Relación de eficiencia de un
HEV/Convencional :
1,38
Relación de eficiencia
BEV/Convencional =
3,9
Fig. 5. Comparación del costo un vehículo eléctrico (BEV) y convencional a nafta, incluyendo el costo del
combustible necesario para recorrer 15000 km al año. Se supone un costo del vehículo convencional
(curva continua roja) de 20.000 U$S y del EV de 30.000 U$S sin subsidio (línea de puntos azul). La línea
continua azul corresponde al caso de un EV con un subsidio de 6.000 U$S. Se ve que con este
subsidio, a los 7 años el usuario paga la diferencia de costo inicial con el ahorro de combustible. Si no
hay subsidio esto no ocurre en toda la vida útil del vehículo, estimada en 10 años.
Por lo expuesto, la alternativa de utilización directa de la electricidad, generada por métodos convencionales
(gas + ciclo combinado) en vehículos eléctricos, BEV o PIEV y aún autobuses eléctricos (troley) parece ser una
tecnología muy atractiva desde el punto de vista de eficiencia energética e impacto ambiental.
En Argentina la eficiencia W2W de un automóvil eléctrico a batería (BEV), que toma electricidad de la red,
(suponiendo una eficiencia de generación eléctrica en ciclos combinados del 58%, con 12% de pérdidas de
transmisión y distribución) sería de aproximadamente 42%, | Efic. Generación térmica (60%) x Transmisión y
Distribución (88%) x Efic.BEV (80%). Esta eficiencia W2W es casi cuatro veces mejor que la de un vehículo
convencional a nafta. En la Tabla 3 se comparan las eficiencias W2W para distintos tipos de vehículos(12,13).
Las tecnologías utilizadas en los BEV están maduras y los vehículos están disponibles en el mercado
internacional.
Lo atractivo de los vehículos eléctricos, es que se pueden alimentar de cualquier tipo de electricidad. Así, si se
generara electricidad a través de recursos renovables, tales como centrales hidroeléctricas, generadores
eólicos, celdas solares, etc., las emisiones de CO 2 automáticamente se reducirían concomitantemente. De
igual modo, si se genera electricidad en centrales de ciclo combinado, utilizando cogeneración, las eficiencias
indicadas en las tablas 2 y 3 mejorarían como así también sus correspondientes emisiones. Los valores de
emisión indicados en la Tabla 4, corresponden al caso en que se genere electricidad en centrales de ciclo
combinado sin cogeneración.
Tabla 3. Eficiencia y emisiones de CO2 "well-to-wheel" de distintos vehículos
km/l o
3
km/m
km/MJ
g(CO2)/km
Mejora
Mejora
Consumo
T2W
Eficiencia
W2W
Emisiones
W2W
Eficiencia
W2W
Emisiones
CO2
Nafta
15,0
0,32
216
1,0
1,0
Gas Nat.
17,0
0,40
125
1,25
1,72
Gasoil
17
0,32
223
|1
|1
HEV
Hibrido
(Nafta)
23,7
0,56
130
1,56
1,56
BEV
Electricidad
1,21
55
3,8
3,9
Vehículo
Comb.Int.
convencional
Tipo
Combustibl
e
Comb.Int.
GNC
Conv.Int.
Diesel
Nota: las emisiones de CO2 están calculadas suponiendo que la electricidad de los BEV se genera en centrales
a gas de ciclo combinado sin cogeneración y que la generación eléctrica tiene una matriz similar a la del año
2010 en Argentina(7,10).
Otra ventaja de los BEV es que sus baterías actúan como un acumulador de energía. Durante las horas en que
la red eléctrica tiene menos demanda, como en las noches, o fines de semana, se pueden generar estímulos
tarifarios para que se carguen las baterías. Así los BEV actuarían como una especia de ͞peak shaving͟ƋƵĞ
mejoraría la eficiencia y factor de carga de las redes de distribución eléctricas. De hecho los dispositivos para
automatizar esta operación son un adicional estándar en estos vehículos.
Asimismo, grandes playas de estacionamiento, como las de shoppings, escuelas, universidades, etc. podrían
contar con techos consistentes con paneles solares fotovoltaicos, que cargarían las baterías de los autos
mientras están estacionados, generando una interesante posibilidad para el desarrollo de redes inteligentes
(Smart Grids) para estos fines.
En la Fig. 7, se indican las emisiones de CO2 para distintos medios de transporte por persona y por km(14).
Fig. 7.
Emisiones de CO2 para distintos medios de transporte por persona y por km.
Conclusión
De este análisis surge que los vehículos eléctricos son una alternativa muy atractiva, tanto por su eficiencia
energética como por la disminución de las emisiones de CO 2. También surge que en el corto plazo, el uso de
vehículos convencionales a GNC es una opción válida e interesante. Su eficiencia del pozo a la rueda (well-towheel) es casi 25% mejor que los convencionales a nafta y sus emisiones de CO 2 son 73% menores. Sin
embargo su relativamente alto costo, constituye una importante barrera para su desarrollo. En las
condiciones actuales, a menos que se introduzca un importante subsidio para disminuir la brecha entre los
costos de los convencionales y eléctricos, su demanda y desarrollo va estar muy limitada.
Dada la mayor eficiencia energética y menores emisiones de CO2 del gas natural respecto a la nafta, sería
conveniente en el corto y mediano plazo, explorar la posibilidad de usar GNC no sólo en el transporte público
(autobuses) sino también en automóviles híbridos.
Nuestro análisis indica que con vehículos eléctricos, el consumo de energía primaria y las emisiones de GEI
podrían disminuir ambas en un factor del orden de 4, con la actual matriz de generación eléctrica Argentina.
Por lo tanto, sería conveniente considerar la adopción de una política que, el mediano plazo, incentive el uso
de vehículos eléctricos con baterías (PHEV y BEV) o vehículos híbridos (HEV). En particular, para esta última
variante (vehículos híbridos), debería ser analizada cuidadosamente la posibilidad que usen gas natural como
combustible alternativo, ya que sus emisiones y costo de combustible son ventajosas, particularmente en
Argentina. De igual modo, los sistemas de transportes colectivos eléctricos (trolebuses) y trenes eléctricos,
deberían ser promovidos fuertemente.
Por su parte, la Argentina, junto a Bolivia y Chile disponen de una de las reservas de litio más importantes del
mundo. Este metal es la materia prima para las nuevas baterías de equipos electrónicos (laptops, netbooks,
etc.) y de los automóviles eléctricos. En consecuencia, el desarrollo de un parque automotor eléctrico, no
sólo generaría ahorros de combustible fósiles, y una disminución de las emisiones de gases de efecto
invernadero, sino que podría estimular el desarrollo de una importante industria destinada a la fabricación de
baterías de litio(15).
Por último, si el parque eléctrico se diversifica con fuentes renovables, como ha venido ocurriendo
últimamente, o si se combina la generación eléctrica en las centrales de ciclo combinado, con cogeneración,
las emisiones se reducirían aún más. Por último, el uso de playas de estacionamiento, con celdas de
generación fotovoltaica, podría ser un recurso que podría aplicarse muy bien a la carga de los vehículos
eléctricos y contribuir al desarrollo de redes eléctricas inteligentes.
Referencias>
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http://www.consumerenergycenter.org/transportation/consumer_tips/vehicle_energy_losses.html
7
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8
Center for Life Cycle Analysis (LCA) of Columbia University.http://www.clca.columbia.edu
9
Hay varias revistas sobre vehículos eléctricos: http://www.evfleetworld.co.uk y www.internationalfleetworld.com
10
U.S. Department of Energy ʹ U.S. EPA Find and Compare Cars http://www.fueleconomy.gov/
11
The 21st Century Electric Car, M. Eberhard and M. Tarpenning, Tesla Motors Inc. Oct. 2006 http://www.fcinfo.jp/whitepaper/687.pdf and http://www.teslamotors.com/
12
Del Motor de Combustión Interna al Vehículo Eléctrico, R. Alaez, et Al. Universidad del país Vasco- 2010
http://www.minetur.gob.es/Publicaciones/Publicacionesperiodicas/EconomiaIndustrial/RevistaEconomiaIndustrial/3
77/95.pdf
13
14
GreenSeat http://greenseat.nl/en/why-travel-green/ y
http://www.formacionporlasostenibilidad.org/Ecologia_urbana/mod_III.html
Argentina producirá batería de litio con ciencia cordobesa http://www.lavoz.com.ar/ciudadanos/argentina-producirabateria-litio-con-ciencia-cordobesa ͕ ĂƚĞƌşĂƐ ĚĞ ůŝƚŝŽ͗ ͞ĚĞů ^ĂůĂƌ Ă ůĂ ďĂƚĞƌşĂ͕ ƚŽĚŽ ŚĞĐŚŽ ĞŶ ƌŐĞŶƚŝŶĂ͟
http://www.ambitoenergetico.com.ar/mineria/2870-baterias-de-litio-del-salar-a-la-bateria-todo-hecho-enargentina.html
Dra. Arq. Carolina Ganem, Dr. Ing. Alfredo Esteves y Dra. Arq. Helena Coch
³9Lviendas existentes en la ciudad de Mendoza, Argentina. Auditoría,
SURSXHVWDV\FULWHULRVJXtDSDUDODUHKDELOLWDFLyQDPELHQWDOGHODHQYROYHQWH´
(INCIHUSA ± CONICET / FAD ± UNCuyo)
RESUMEN
La vivienda individual es una opción residencial frecuente en América Latina. En este tipo de
construcciones la relación superficie interior/superficie de envolvente es alta (cada m2 de
piso 2 a 3.5m2 de envolvente dependiendo si se trata de una tipología abierta o compacta).
Esta característica morfológica presenta por un lado el riesgo de la falta de control en el
intercambio energético interior-exterior que lleve a mayores consumos para el
acondicionamiento de espacios; y por el otro lado una oportunidad potencial de beneficiarse
con la energía natural disponible en el lugar para mantener e incluso mejorar las
condiciones de confort y reducir al mínimo el consumo de energía no-renovable. Por estos
motivos, el diseño de la envolvente o piel del edificio es clave en el comportamiento
ambiental. En la ciudad de Mendoza, Argentina (32º40' Latitud Sur, 68º51' Longitud Oeste y
750 metros sobre el nivel del mar) la envolvente debe ser flexible y adaptable para lograr los
objetivos de acondicionamiento pasivo en un clima seco (precipitaciones inferiores a 400
mm anuales) y cuya temperatura media anual no supera los 18ºC (Bwk de acuerdo con la
clasificación de Koeppen, Geiger y Pohl). Este clima templado continental presenta grandes
variaciones de temperatura diarias y estacionales (pueden registrarse variaciones diarias
entre 40ºC y 18ºC en verano y entre 0ºC y 15ºC en invierno. La radiación solar sobre
superficie horizontal es de 25700 kJ/m2 en Diciembre y 9000 kJ/m2 en Junio). En este
trabajo se presenta una valoración de la percepción y expectativas de confort de los
habitantes mediante encuestas y el monitoreo, control y evaluación de consumo de
viviendas representativas del parque edilicio residencial de la ciudad de Mendoza,
pertenecientes a dos tipologías distintas: abierta y compacta. Los parámetros ambientales
obtenidos in situ son: radiación global horizontal incidente, temperatura del aire y humedad
relativa. Asimismo, se realiza el seguimiento de los consumos energéticos registrados en
las compañías proveedoras de electricidad y gas natural. Con dichas auditorías se elaboran
diagnósticos que permiten detectar fortalezas y debilidades. Se proponen alternativas de
rehabilitación ambiental de la envolvente para cada tipología de vivienda existente
estudiado, en el que se valora la potencial mejora mediante programas de simulación
dinámica de edificios. Se propone una secuencia en las estrategias de rehabilitación
valorando el impacto relativo de cada acción de intervención. Para el caso de la tipología
abierta se logran reducciones en los consumos energéticos entre el 50% y el 84% en
verano y entre 65% y 95% en invierno. Para el caso de la tipología compacta se logran
reducciones en los consumos energéticos entre el 45% y el 80% en verano y entre 65% y
90% en invierno. Las variaciones entre los resultados expresados dependen de la estrategia
elegida para iniciar la intervención así como también, de la cantidad de estrategias
integradas en la intervención en la envolvente. Se elaboran criterios guía aplicables en
futuras intervenciones de rehabilitación ambiental de la envolvente que tiendan al
acondicionamiento pasivo de los espacios y a la integración de energías renovables en
edificios.
Palabras clave: envolvente arquitectónica, rehabilitación ambiental, viviendas existentes
1. INTRODUCCIÓN
Desde los principios de la concepción del espacio arquitectónico, la envolvente jugó un
rol primordial. La piel del edificio se fue especializando a través de los siglos para facilitar la
adaptación, ineludible para la vida del hombre en distintos climas del planeta.
Sin embargo, en la arquitectura académica, muchas veces se ha considerado (y todavía
se considera) el límite del cerramiento como preciso y rígido manifestando una confianza
ciega en los mecanismos de control ambiental sustentados con energía auxiliar no-
renovable. No obstante, y en coincidencia con la crisis energética, a partir de 1970 aparece
gradualmente el concepto GH ³HQYROYHQWH arquitectónica´ FRPHQ]iQGRVH D HVWXGLDU VX URO
con más intensidad.
En 1972 3DW 2¶6XOOLYDQ LQWURGXMR HO FRQFHSWR GH OD HQYROYHQWH HGLOicia como filtro
climático. En 1992, Stein y Reynolds hacen hincapié en que la envolvente del edificio no
está compuesta por superficies bidimensionales, sino que se trata de un espacio de
transición donde se pueden observar las interacciones de fuerzas exteriores con las
condiciones interiores.
En 1998, Szokolay y Gokhale enfatizan el rol de la envolvente como un filtro selectivo
para admitir las influencias deseables y excluir las adversas (flujos energéticos) desde y
hacia el medio ambiente interior. Así, la envolvente se entiende como una línea difusa que
usualmente se disuelve en varios espacios intermedios o de transición. Y, Helena Coch
demuestra en 2003 que mientras más posibilidades de manipulación tienen los espacios
intermedios, el espacio arquitectónico puede tener más calidad final y un margen más
amplio de condiciones ambientales y de uso.
Actualmente, se define a la envolvente arquitectónica como un borde dinámico, que
interactúa con las energías naturales externas y el ambiente edilicio interior. Los
intercambios interior ± exterior se dan a través de la piel o envolvente del edificio que
VHSDUD³ORLQWHULRU´GH³ORH[WHULRU´Es un campo fértil para el desarrollo de capas y espacios
de control flexibles que faciliten la adaptación a las características cambiantes del clima.
(Ganem, 2006).
Uno de los climas más ricos y complejos en cuanto al nivel de variabilidad diaria y
estacional es el clima templado. De acuerdo con Rafael Serra (1999) Los climas templados
presentan acusados cambios de condiciones a lo largo del año. Paradójicamente es en
estos climas donde la arquitectura se hace más compleja, al tener que ser adaptable,
aunque sea para cortos períodos de tiempo, a todo el espectro de los tipos básicos de
clima. El problema del clima variable es que en las estaciones intermedias puede generar
problemas de frío o de calor separados por cortos espacios de tiempo. Aunque cada
constricción por separado no sea realmente crítica, en conjunto hacen que la arquitectura
de los climas templados tenga este mayor grado de complejidad, lo que la hace más difícil
desde el punto de vista del diseño.
Las construcciones en este clima, particularmente las que presentan la relación
superficie interior/superficie de envolvente alta, necesitan
una gran dinámica de
adaptabilidad y flexibilidad en las respuestas de las envolventes para evitar el uso de
energía auxiliar para acondicionamiento de espacios. Por los motivos expuestos, el diseño
de la envolvente o piel del edificio es clave particularmente para el caso de viviendas
individuales en climas templados.
2. OBJETIVOS DEL TRABAJO
En este contexto, y, debido a que las personas pasan más del 80% de sus vidas dentro
de edificios, profesionales de la construcción, científicos en medioambiente y hábitat edilicio,
y formadores de políticas públicas deben tender al logro de edificios confortables, sanos,
productivos y energéticamente eficientes. Los objetivos generales de este trabajo son: (1)
evaluar el comportamiento térmico y energético de viviendas unifamiliares en la ciudad de
Mendoza, y su situación de confort interior, (2) estudiar propuestas de rehabilitación
bioclimática para la mejora en el comportamiento térmico y la reducción del consumo
energético considerando a la envolvente como filtro regulador entre el interior y el exterior.
3. CASO DE ESTUDIO
3.1 Clima y Lugar
El diseño climático es una de las mejores aproximaciones para reducir el costo
energético de los edificios. El diseño adecuado es el primer paso de defensa de las
inclemencias climáticas. Los edificios deben ser diseñados de acuerdo con el clima del
lugar, reduciendo de esta forma la necesidad de calefacción o enfriamiento mecánico. Y,
por lo tanto, la mayor cantidad de energía natural puede ser usada para crear un hábitat
placentero dentro de la envolvente construida (Omer, 2008)
En la ciudad de Mendoza, Argentina (32º40' Latitud Sur, 68º51' Longitud Oeste y 750
metros sobre el nivel del mar) la envolvente debe ser flexible y adaptable para lograr los
objetivos de acondicionamiento pasivo en un clima seco con precipitaciones inferiores a 400
mm anuales; y cuya temperatura media anual no supera los 18ºC (Bwk de acuerdo con la
clasificación de Koeppen, Geiger y Pohl). Este clima templado continental presenta grandes
variaciones de temperatura diarias y estacionales (pueden registrarse variaciones diarias
entre 40ºC y 18ºC en verano y entre 0ºC y 15ºC en invierno. La radiación solar sobre
superficie horizontal es de 25700 kJ/m2 en Diciembre y 9000 kJ/m2 en Junio).
Actualmente el gran Mendoza cuenta con 1086066 habitantes y tiene una densidad entre
50 y 150 habitantes por hectárea (INDEC, 2010) siendo excepcionales las concentraciones
de alta densidad. La ciudad presenta una distribución homogénea de las construcciones,
con una notoria preferencia de las personas de habitar en viviendas individuales en
edificaciones bajas, que actualmente conforman el 90% del tejido existente. (Mesa, 2003)
3.2 Tipologías representativas
La ciudad de Mendoza posee una notoria claridad urbana y pureza tipológica que
permite identificar en forma evidente las características del tejido existente. Esta
circunstancia responde a dos factores principales. El primero en relación a la nueva
fundación de la ciudad en 1863 después del sismo que en 1861 la destruyera
completamente (trescientos años más tarde que su primera fundación en 1561). El segundo
factor está en la llegada masiva de inmigrantes al país que entre 1857 y 1909 duplicaron la
población existente, dejando una fuerte impronta cultural europea. En el caso de Mendoza,
la población se triplicó con inmigrantes en su mayoría italianos, y su impronta cultural
estructuró la nueva ciudad sin mezclarse con improntas anteriores. Las calles mantuvieron
las acequias Huarpes y se sombrearon con árboles caducifolios, permitiendo el
asoleamiento de las edificaciones en invierno. Se coordina proporcionalmente la relación de
la estructura vegetal y acequias con la edificación. El equilibrio entre las tres estructuras
superpuestas resulta en un microclima.
La vivienda individual es una opción residencial frecuente en América Latina. En este
tipo de construcciones la relación superficie interior/superficie de envolvente es alta (cada
m2 de piso 2 a 3.5m2 de envolvente dependiendo si se trata de una tipología abierta o
compacta). Esta característica morfológica presenta por un lado el riesgo de la falta de
control en el intercambio energético interior-exterior que lleve a mayores consumos para el
acondicionamiento de espacios; y por el otro lado una oportunidad potencial de beneficiarse
con la energía natural disponible en el lugar para mantener e incluso mejorar las
condiciones de confort y reducir al mínimo el consumo de energía no-renovable.
NORTE
1
3
2
N
Calle Paso de
1
CALLE PASO DE LOS ANDES
CALLE SAENZ PEÑA
NORTE
3
2
3
4
4
2
PLANTA ALTA
CALLE CLARK
Figura 1: Planta de vivienda representativa (a) Tipología Abierta (b) Tipología Compacta.
Referencias de los sensores 1: Exterior; 2: Estar ± Comedor 3: Habitación 1 y 4:
Habitación 2 o Escritorio.
En la tipología abierta (ver Figura 1a) la forma es usualmente lineal e incorpora distintos patios a
lo largo de su desarrollo. Las formas lineales cuyo eje está en dirección Este-Oeste con orientación
hacia el Ecuador (Norte) tienen más posibilidades de captar radiación solar en invierno y de
protegerse de la misma en verano. Las mejores posibilidades de ventilación se dan cuando su
mayor longitud es perpendicular a la dirección dominante de viento. En el caso de Mendoza
viviendas orientadas Este-Oeste. El efecto de barrera que produce la incorporación de patios a partir
GHODGRVDPLHQWRGHIRUPDVHQ³/´R³8´IDYRUHFHODDparición de espacios protegidos y la creación
de microclimas exteriores muy agradables. Todos los espacios de permanencia tienen la misma
orientación. Su compacidad es baja, ya que se trata de una forma abierta con una gran superficie de
envolvente expuesta. El coeficiente de compacidad promedio es igual a 0.70 y presenta por cada
m2 de piso 3 a 3.5 m2 de envolvente.
La tipología compacta (ver Figura 1b) usualmente se define en un único cubo o prisma cuyo
ancho coincide con el ancho del terreno. Su posición en el terreno es de tipo frontal
excepcionalmente centro-frontal, separando el terreno libre en una o dos partes, siendo más
importante la posterior. Las líneas de frente y fondo suelen ser rígidas y no beneficiar el crecimiento
en etapas debido a la búsqueda de la pureza volumétrica. El prisma ocupa el ancho del lote y el eje
correspondiente a la longitud del terreno determina la dirección de la posible captación solar. Si el
eje longitudinal del terreno es Norte-Sur, la casa tendrá mejores posibilidades de lograr una
regulación ambiental pasiva. Dentro de esta situación se diferencian las casas cuyo frente es Norte
y las que tienen el frente al Sur siendo más beneficiosa esta última variable, debido a mayores
posibilidades de captación en el fondo de la casa, donde es posible un control de las sombras. Su
compacidad es alta, ya que se trata de una forma muy cerrada con poca superficie de envolvente
expuesta. El coeficiente de compacidad promedio es igual a 0.95 aproximándose a la situación
máxima que plantea un volumen esférico. Presenta por cada m2 de piso menos de 2 m2 de
envolvente.
3.2 Percepción y expectativas de confort térmico
Los estudios de campo sobre el confort térmico han demostrado que la forma en que los
ocupantes evalúan el ambiente térmico interior y sus expectativas de confort, dependen del
contexto y varía en el tiempo.
La metodología de trabajo con encuestas utiliza a los usuarios como parte de los medios
para valorar edificios. Dichas evaluaciones deben ser entendidas como reflejo de la
naturaleza cambiante de las relaciones entre las personas, el clima y los edificios. Las
encuestas están entonces midiendo un objetivo móvil, y las comparaciones basadas en
estas encuestas deben tomar esto en cuenta. Es importante entonces tener en cuenta que
las encuestas deben inquirir sobre la estación en la que se encuentra el usuario al momento
de la pregunta.
Para valorar en forma adecuada las preguntas relacionadas con la percepción de confort
en una encuesta es importante tener en cuenta las posibilidades de confort adaptativo que
tienen las personas. En el tiempo, la temperatura que las personas encuentran confortable
OD³WHPSHUDWXUDGHFRQIRUW´VHDSUR[LPDDODWHPSHUDWXUDPHGLDTXHKD\DQH[SHULPHQWDGR
Queda implícito que las condiciones que los ocupantes encuentran confortables están
influenciadas por su experiencia térmica y que se pueden adaptar a un amplio rango de
condiciones. (Nicol, F. y Roaf, S., 2005)
La referencia a la sensación de confort debe estar entonces tomada desde el punto de
vista de la adaptación al clima y; así mismo, la falta de confort o el uso de aire
acondicionado, deben ser tomados como muestras de la incapacidad de dichos ocupantes
para adaptarse al clima interior de sus casas. El uso de calor auxiliar, no se toma en cuenta
como variable ya que el total de las viviendas hace uso de este recurso en invierno. Sin
embargo, se debe tener en cuenta que pese a esta situación, las personas pueden no lograr
el grado de confort deseado.
Para este trabajo, se seleccionaron 60 casos que contemplan en forma equivalente las
variantes de orientación y de situación de colindancia que presentan las viviendas
unifamiliares en la ciudad de Mendoza. Los resultados obtenidos fueron complementados
con aportes extraídos de la observación directa. A continuación se presentan los resultados
derivados del análisis de las encuestas y se extraen conclusiones.
El 20% de las personas perciben su vivienda como confortable en verano. El 80%
restante se encuentra en falta de confort, debido a percibir su vivienda como calurosa o al
uso de aire acondicionado para mitigar dicha percepción. En todas las tipologías se utiliza
calor auxiliar para acondicionar las casas en la estación invernal. El sistema utilizado en su
mayoría es a partir de calefactores por convección a gas natural. Sin embargo, y pese al
gran consumo de dicha energía no-renovable, el 54% de las personas percibe su vivienda
como fría en invierno.
4. AUDITORÍA Y DIAGNÓSTICO
El comportamiento energético de los edificios existentes en su uso habitual debe ser
evaluado en periodos representativos del día y del año para comprender el comportamiento
del edificio y proveer una referencia, un caso base a partir del cual diseñar. (CEC, 1999).
Los parámetros ambientales obtenidos este trabajo in situ son: radiación global
horizontal incidente, temperatura del aire y humedad relativa. Asimismo, se realiza el
seguimiento de los consumos energéticos registrados en las compañías proveedoras de
electricidad y gas natural, y de la percepción de confort interior de los usuarios a partir de
entrevistas. Con dichas auditorías se elaboran diagnósticos que permiten detectar fortalezas
y debilidades en ambas tipologías (abierta y compacta).
4.1 Metodología
- Intervalo de Medición: Se fijaron intervalos de medición y de registro cada 15 minutos
simultáneos en todos los instrumentos. Este criterio fue adoptado de acuerdo a las
recomendaciones de Longobardi y Hancock (2000)
- Sistema de Adquisición de Datos: Las Mediciones de Temperatura del Aire y de Humedad
Relativa fueron registradas con ONSET HOBO H8 data loggers y digitalizadas con el
software ONSET Box Car Pro. Las Mediciones de Radiación Global Solar se realizaron con
un Solarímetro CM 5 KIPP & ZONEN en los mismos períodos y con la misma frecuencia de
toma de datos establecida para las mediciones de Temperatura del Aire y de Humedad
Relativa.
- Ubicación de los Sensores: En las Figuras 1a y 1b para cada tipología: 1 Exterior (en
sombra); 2 Estar±Comedor; 3 Habitación 1 y 4 Habitación 2 o Escritorio.
4.2 Tipología abierta
4.2.1. Verano (ver Figura 2a)
Se realizaron mediciones entre el 22/02 al 15/03. Se seleccionó un período para el análisis del
22/02 al 26/02. Dicho período corresponde a días claros, con poca nubosidad y leve aumento de la
temperatura. Se incluye un día nublado, en el cual, la radiación disminuye y se nota la reacción de
la temperatura a este hecho. La temperatura exterior varía entre 17ºC y 36ºC, con amplitud térmica
constante (15ºC) durante los primeros tres días y de 5°C en el día nublado.
Las temperaturas interiores del Estar±Comedor (Orientación Norte) se encuentran por encima
del rango de confort sólo cuando la temperatura exterior supera los 31ºC. Las temperaturas
interiores de la Habitación 1 (orientación Oeste) se encuentran en el rango de confort. Además
tienen muy poca variación diaria, fruto de la masa térmica interior y de las protecciones apropiadas
en las aberturas y por parte de la arboleda urbana. En el Estar ± Comedor, los mayores
intercambios exterior-interior diurnos suceden a través de la pared vidriada Norte cuya protección,
por medio del parral, no es completa. Por lo tanto, las temperaturas interiores son 2 o 3°C más
elevadas que en la Habitación 1.
No se efectúa ventilación nocturna por lo que en ambos locales, las temperaturas interiores
durante la noche permanecen entre 5 y 7 ºC por sobre las exteriores.
CASA DE MEDIO PATIO - CHA - INVIERNO 23 a 27 de Julio de 2005
CASA DE MEDIO PATIO - CHA - VERANO 22 a 26 de Febrero de 2005
36
22/02/05
23/02/05
24/02/05
25/02/05
26/02/05
TEMPERATURA [ºC]
TEMPERATURA [ºC]
34
32
30
28
26
24
22
20
18
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
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21:00
0:00
3:00
6:00
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12:00
15:00
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0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
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21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
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18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
16
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
ESTAR DIARIO
HABITACIÓN 1
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
23/07/05
24/07/05
25/07/05
26/07/05
27/07/05
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
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0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
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0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
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0:00
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6:00
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12:00
15:00
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0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
38
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
ESTAR - COMEDOR
HABITACIÓN 1
HABITACIÓN 2
Figura 2. Tipología abierta. Mediciones de temperatura en caso representativo (a) verano y (b)
invierno.
4.2.2 Invierno (ver Figura 2b)
Se realizaron mediciones entre el 19/07 al 29/07. Se seleccionó para el análisis un período del
23/07 al 27/07. La temperatura exterior varía entre 1ºC y 18ºC y se puede observar la necesidad de
calefacción.
Las temperaturas del Estar-Comedor (orientación Norte) se encuentran por encima del límite
mínimo de confort durante las horas del día, en las que hay gente en la casa y la calefacción está
encendida. El resto del tiempo, la transmitancia térmica no es suficiente para mantener las
temperaturas. En la Habitación 1 (orientación Oeste) presentan valores por encima del rango
mínimo de confort durante la noche, fruto de la calefacción que se intensifica a estas horas. Durante
el día, se enfría. Las temperaturas de la Habitación 2 presentan picos focalizados generalmente
cerca del mediodía mostrando un uso discontinuo de la misma, utilizada como escritorio o lugar de
estar secundario.
Sin la influencia de la calefacción durante los períodos enunciados para cada ambiente, las
temperaturas se alejan más de la zona de confort y esto concuerda con lo indicado en la encuesta
que la vivienda resulta fría aun a pesar del uso de calefacción auxiliar en determinadas horas (por la
inviabilidad económica de utilizarla constantemente).
4.2 Tipología Compacta
4.2.1. Verano (ver Figura 3.a)
Se realizaron mediciones entre el 07/02 al 22/02. Se seleccionó un período del 18/02 al
22/02.
La temperatura exterior presenta valores excesivos durante los tres primeros días,
mientras que los últimos dos, son días más moderados. Se observa temperaturas mínimas
muy altas.
Las temperaturas del Estar ± Comedor (Orientación Sur ± Oeste) se encuentran dentro del
rango de confort a excepción de los días 19/02 y 20/02 en los que se abren las ventanas entre
las 9 y las 15 horas, posiblemente en búsqueda de la sensación de obtener frescura del
movimiento del aire producido. Sin embargo, las temperaturas exteriores son hasta 10°C
mayores, lo que repercute en forma negativa elevando la temperatura del aire del espacio. La
presencia de masa térmica resulta fundamental en esta época del año, que permite suavizar
la altísima oscilación térmica exterior. La Habitación 1 (en Planta Alta y con orientación
Noroeste), es la que mayor temperatura interior alcanza.
4.2.2 Invierno (ver Figura 3.b)
Se realizaron mediciones entre el 04/08 al 23/08. Se seleccionó un período del 06/08 al 10/08.
La temperatura exterior se mantiene baja, llegando hasta 1°C la mínima y la amplitud, se
encuentra entre 12 ° y 3°C en el día soleado y cubierto respectivamente.
La vivienda hace uso del sistema de calefacción en forma continua, manteniendo en el Estar
(orientación Sur ± Oeste) temperaturas superiores en 1 o 2°C a los otros locales. La falta de
asoleamiento que posee respecto de la tipología de abierta y la calefacción auxiliar constante hace
inoperante la masa térmica.
CASA RACIONAL - BCOA - INVIERNO - 6 a 10 de Agosto de 2005
CASA RACIONAL - BCOA - VERANO 18 a 22 de Febrero de 2005
38
18/02/05
19/02/05
20/02/05
21/02/05
22/02/05
TEMPERATURA [ºC]
TEMPERATURA [ºC]
36
34
32
30
28
26
24
22
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
20
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
ESTAR
HABITACIÓN 1
ESCRITORIO
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
06/08/05
07/08/05
08/08/05
09/08/05
10/08/05
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
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18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
40
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
ESTAR
ESCRITORIO
HABITACIÓN 1
Figura 3. Tipología compacta.Mediciones de temperatura en caso representativo (a) verano y (b)
invierno
5. PROPUESTAS DE REHABILITACIÓN AMBIENTAL
Se proponen alternativas de rehabilitación ambiental de la envolvente para cada
tipología de vivienda existente estudiado, en el que se valora la potencial mejora mediante
programas de simulación dinámica de edificios. Se definen dos propuestas de rehabilitación
ambiental una para invierno y otra para verano. Ambas cuentan con dos etapas de
aplicación en las que se valora el impacto relativo de cada acción de intervención.
5.1 Metodología
- Procedimiento de Simulación: Existen distintos procedimientos de simulación. Para este
trabajo, según la definición de Kohler y Hassler (2002), se utilizaron dos aproximaciones
complementarias entre sí:
1 ± EX POST: el pasado conocido es simulado para validar un modelo. Se presenta el
diagnóstico térmico obtenido de la realidad mediante la medición in situ de las variables de
estudio. Con estos datos se validan los modelos generados a partir de los programas de
Simulación Térmica de los edificios. La correspondencia de los valores medidos con los
valores obtenidos mediante el modelo de simulación desarrollado cuyo índice de correlación
(R2) es del 90%.
2 ± EX ANTE: se plantea una propuesta de modificación de la realidad, la misma es
simulada en base al pasado conocido (modelo validado), para obtener información acerca
del posible comportamiento futuro del sistema.
- Programa de Simulación Térmica: Para realizar la simulación de las alternativas de
rehabilitación ambiental de la envolvente propuestas para cada caso de estudio se eligió un
programa de simulación adaptado a la realidad constructiva argentina: El SIMEDIF para
Windows (UNSa). Este programa ofrece la creación de modelos lo suficientemente flexibles
que permitan la evaluación de alternativas por etapas y, a la vez, muy aproximado al
comportamiento real de las viviendas.
5.2 Tipología Abierta
5.2.1 Verano (ver Figura 4a)
En la Figura 4a se grafican los resultados identificando la temperatura medida, la temperatura
simulada en su estado actual y la temperatura simulada a partir de la rehabilitación de la envolvente
mediante una primera etapa de protección a la radiación solar y una segunda etapa que se agrega a
la primera mediante la ventilación nocturna.
Esta tipología presenta temperatura inicial muy elevada en el diagnóstico inicial cuyos valores
están alrededor de los 28-29ºC. Sin embargo, sus posibilidades de rehabilitación ambiental son muy
buenas y como resultado se obtienen temperaturas de 25ºC en todos sus espacios, alcanzando un
88% de personas en confort. El aporte total a la temperatura de confort de la vivienda rehabilitada
es del 84%.
La prevención del sobrecalentamiento juega un rol importante en verano debido a la presencia
de elementos vidriados. La rehabilitación de la envolvente propone comprometer al usuario en el
manejo de los elementos de sombra y de protección solar de la envolvente. Se incorporan
tecnologías que brindan mayor posibilidad en el manejo del paso de la energía del exterior. Debido
a que la mayor parte de la envolvente a proteger está orientada hacia el Ecuador, esta estrategia no
presenta mayores dificultades.
Esta tipología presenta su mayor dificultad en la aplicación de la estrategia de refrescamiento
natural debido a que no presenta ventilación cruzada. Se propone mejorar la ventilación a partir de
ubicar aberturas practicables en el techo, favoreciendo el movimiento del aire por el efecto
chimenea. Hay que tener en cuenta que la persona enfriada por movimiento del aire, se siente más
en confort, aún con temperaturas superiores.
5.2.2 Invierno (ver Figura 4b)
En la Figura 4b se grafican los resultados identificando la temperatura medida, la temperatura
simulada en su estado actual y la temperatura simulada a partir de la rehabilitación de la envolvente
mediante una primera etapa de conservación de energía y una segunda etapa que se agrega a la
primera mediante la ganancia solar pasiva.
Esta tipología presenta valores muy bajos en el diagnóstico inicial cuyas temperaturas están
alrededor de los 11ºC. Sin embargo, sus posibilidades de rehabilitación ambiental son muy buenas y
como resultado se obtienen temperaturas de 21ºC en todos sus espacios, alcanzando un 98% de
personas en confort y se podría pensar que la energía auxiliar ha sido reemplazada en su totalidad
por el acondicionamiento natural.
La incorporación de una adecuada estrategia de conservación de energía tiene un gran impacto
en el promedio general de aporte pasivo obtenido a partir de la rehabilitación ambiental de la
envolvente. Esto se debe a que la tipología original no considera el correcto aislamiento de los
elementos de la envolvente, y, al tratarse de una tipología abierta el porcentaje de pérdida de
energía no deseado es alto. Si la rehabilitación ambiental se va a efectuar en dos etapas, ésta debe
ser la primera en aplicarse, debido a que presenta un mayor impacto en el comportamiento térmico
de la vivienda.
Usualmente esta tipología de vivienda cuenta con una estrategia de ganancia directa e indirecta
gracias a sus espacios orientados longitudinalmente hacia el Ecuador que favorece el asoleamiento
de todos los espacios además de una galería vidriada. Se mejora su rendimiento con la estrategia
de conservación de energía, alcanzando el confort en todos los espacios.
CH-A: ESTAR-COMEDOR - INVIERNO 23 a 27 de Julio de 2005
CHA: ESTAR-COMEDOR - VERANO - 11 a 15 de Marzo de 2005
34
10/03/05
11/03/05
12/03/05
TEMPERATURA [ºC]
09/03/05
30
28
26
24
22
20
18
ZONA
0:00
3:00
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18:00
21:00
0:00
3:00
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12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
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12:00
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18:00
21:00
0:00
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12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
16
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
SIMULACIÓN
REFRESCAMIENTO NATURAL
MEDICIÓN
PREVENCIÓN SOBRECALENTAMIENTO
Lineal (REFRESCAMIENTO NATURAL)
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
23/07/05
24/07/05
25/07/05
26/07/05
27/07/05
ZONA
0:00
3:00
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15:00
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0:00
TEMPERATURA [ºC]
32
08/03/05
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
SIMULACIÓN SIN ENERGÍA AUXILIAR
REHABILITACIÓN GANANCIA SOLAR
MEDICIONES CON ENERGÍA AUXILIAR
REHABILITACIÓN CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
Lineal (REHABILITACIÓN GANANCIA SOLAR)
Figura 4. Tipología Abierta. Simulaciones en dos etapas. Estar ± Comedor. (a) verano (b) invierno.
5.3 Tipología Compacta
5.3.1 Verano (ver Figura 5a)
En la Figura 5.a se grafican los resultados identificando la temperatura medida, la temperatura
simulada en su estado actual y la temperatura simulada a partir de la rehabilitación de la envolvente
mediante una primera etapa de ventilación nocturna y una segunda etapa que se agrega a la
primera mediante la protección a la radiación solar.
La vivienda presenta valores de temperatura en el diagnóstico inicial de 27ºC. El aporte total a la
temperatura de confort de la vivienda rehabilitada es del 84%. La prevención del sobrecalentamiento
juega un rol importante en verano debido a la presencia de elementos vidriados que presentan
protecciones solares inadecuadas al tipo de ventana y a la orientación. Se incorpora una estrategia
adecuada de protección y se compromete al usuario en el manejo de los elementos de sombra y de
protección solar de la envolvente. La mayor parte de la envolvente a proteger está orientada hacia el
Ecuador.
Esta tipología presenta la posibilidad de una efectiva ventilación cruzada para la estrategia de
refrescamiento natural. La vivienda de referencia se ve favorecida con por orientación debido a que
las brisas predominantes se dan en dirección Sur-Norte. Los usuarios de esta vivienda hacen una
gestión correcta de la estrategia de ventilación nocturna para alcanzar el confort en los espacios
interiores.
5.3.2 Invierno (Ver Figura 5.b)
En la Figura 5.b se grafican los resultados identificando la temperatura medida, la temperatura
simulada en su estado actual y la temperatura simulada a partir de la rehabilitación de la envolvente
mediante una primera etapa de ganancia solar pasiva y una segunda etapa que se agrega a la
primera mediante la conservación de energía.
Esta tipología presenta valores muy bajos en el diagnóstico inicial cuyas temperaturas están
alrededor de los 10-11ºC. Sus posibilidades de rehabilitación ambiental son buenas y como
resultado se obtienen temperaturas de 20ºC en los espacios orientados al Norte y de 18ºC en los
espacios orientados al Sur, alcanzando un 78% de personas en confort. El uso de energía auxiliar
no renovable, y por lo tanto, las emisiones de CO 2 se han reemplazado en un 90% por el
acondicionamiento natural.
La incorporación de una adecuada estrategia de conservación de energía tiene un impacto
positivo en la rehabilitación ambiental de la envolvente. Esto se debe a que la tipología original no
considera el correcto aislamiento de los elementos de la envolvente. Al tratarse de una tipología
compacta, los valores obtenidos son inferiores a los que presentan las viviendas con tipología
abierta.
Asimismo, en esta tipología, las oportunidades de ganancia directa e indirecta son pocas y las
envolventes deben volverse a diseñar con el objetivo de incrementar las posibilidades de
aprovechamiento de las energías naturales disponibles en el lugar. Esta será la estrategia que haga
la mayor diferencia en la rehabilitación y por la cual debería comenzarse.
BCO-A: ESTAR - INVIERNO - 6 a 10 de Agosto de 2005
BCO-A: ESTAR - VERANO - 18 a 22 de Febrero de 2005
19/02/05
20/02/05
21/02/05
22/02/05
36
TEMPERATURA [ºC]
TEMPERATURA [ºC]
38
18/02/05
34
32
30
28
26
24
ZONA CONFORT
22
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
20
TIEMPO [horas]
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
06/08/05
07/08/05
08/08/05
09/08/05
10/08/05
ZONA CONFORT:
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
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15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
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15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
40
TIEMPO [horas]
EXTERIOR
MEDICIÓN CON REFRESCAMIENTO NATURAL
SIMULACIÓN CON REFRESCAMIENTO NATURAL
PREVENCIÓN SOBRECALENTAMIENTO
EXTERIOR
SIMULACIÓN SIN ENERGÍA AUXILIAR
REHABILITACIÓN GANANCIA SOLAR
MEDICIONES CON ENERGÍA AUXILIAR
REHABILITACIÓN CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
Lineal (REHABILITACIÓN GANANCIA SOLAR)
Figura 5. Tipología Compacta. Simulaciones en dos etapas. Estar ± Comedor. (a) verano (b)
invierno.
6. CONCLUSIONES
Es posible el logro del confort natural mediante la rehabilitación ambiental de la envolvente de
viviendas. Respecto a las distintas estrategias bioclimáticas de aprovechamiento de las energías
naturales posibles de ser usadas para casos de rehabilitación ambiental en un clima templado
continental se observa que:
-
-
La protección a la radiación tiene una acción más contundente en el total de la intervención
de la tipología abierta en verano. Razón por la cual se sugiere comenzar la rehabilitación
ambiental a partir de esta estrategia. Al completarse la rehabilitación en verano, los
beneficios pasivos llegan a cubrir en promedio el 84% de la demanda con un consumo
estimado para enfriamiento en el caso de estudio en 12 kWh.m2/año de energía auxiliar y el
logro de la reducción de las emisiones de dióxido de carbono a 3.4 Kg.m2/año.
La conservación de energía tiene una acción más contundente en el total de la intervención
de la tipología abierta en invierno. Razón por la cual se sugiere comenzar la rehabilitación
ambiental a partir de esta estrategia. Al completarse la rehabilitación en invierno, los
beneficios pasivos llegan a cubrir aproximadamente el 96% de la demanda. El consumo de
-
-
energía auxiliar en el caso de estudio se redujo de 124 kWh.m2/año a 29 kWh.m2/año y el
logro de la reducción de las emisiones de dióxido de carbono a 8 Kg.m2/año.
Se observa que la ventilación nocturna tiene una acción más contundente en el total de la
intervención de la tipología compacta en verano. Razón por la cual se sugiere comenzar la
rehabilitación ambiental a partir de esta estrategia. Al completarse la rehabilitación en verano,
los beneficios pasivos llegan a cubrir en promedio el 84% de la demanda con un consumo
estimado para el caso de estudio en 11.2 kWh.m2/año de energía auxiliar y el logro de la
reducción de las emisiones de dióxido de carbono a 3 Kg.m2/año.
Se observa que la ganancia pasiva tiene una acción más contundente en el total de la
intervención de la tipología compacta en invierno. Razón por la cual se sugiere comenzar la
rehabilitación ambiental a partir de esta estrategia. Al completarse la rehabilitación en
invierno, los beneficios pasivos llegan a cubrir aproximadamente el 90% de la demanda. El
consumo de energía auxiliar en el caso de estudio se redujo de 149 kWh.m2/año a 33
kWh.m2/año y el logro de la reducción de las emisiones de dióxido de carbono a 9
Kg.m2/año.
Los resultados obtenidos se encuentran muy próximos o dentro de los rangos establecidos por el
Estándar Passivhaus que sitúa al consumo aceptado en un clima mediterráneo, es decir templado,
en un valor de 30 kWh.m2/año (15 kWh.m2/año para refrescamiento en verano y 15 kWh.m2/año
para calefacción en invierno). Se toma al Estándar Passivhaus como referencia por su rigurosidad
en relación con el consumo energético y su exigencia de altos estándares de confort interior.
Los auspiciosos valores expresados a partir de los resultados de la auditoría, el desarrollo y
valoración de diferentes propuestas de rehabilitación y la elaboración de criterios guía para la
rehabilitación ambiental de la envolvente requieren de óptimas condiciones de uso por parte de los
usuarios. Se debe tener en cuenta que los controles pasivos propuestos requieren de una
anticipación en la acción ya que su efecto no es inmediato. Para prevenir o permitir la entrada o la
salida de flujos energéticos en el edificio primero se necesita saber qué hacer y cuándo hacerlo.
Esta circunstancia demanda tiempo y un cambio en el pensamiento actual, en el que los usuarios
esperan hoy de un mecanismo de control es que provea una respuesta inmediata. (El
acondicionamiento mecánico no requiere de la anticipación de la acción en relación con la respuesta
buscada.)
Por lo que más allá de las óptimas posibilidades reales de mejora en el comportamiento
ambiental de viviendas existentes que se han demostrado, es necesaria la revisión de los hábitos de
los usuarios hacia el logro de la sostenibilidad local y global.
7. REFERENCIAS
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María Angélica Ruiz, Erica Norma Correa Cantaloube y Graciela Lesino
³&$1$/(6 9,$/(6 85%$126 )25(67$'26 '(/ È5($ 0(752POLITANA
DE MENDOZA. Impacto sobre las condiciones de confort térmico exterior y el
FRQVXPR HQHUJpWLFR UHVLGHQFLDO´ Laboratorio de Ambiente Humano y
Vivienda (LAHV) ± Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales
(INCIHUSA) ± Centro Científico Tecnológico CCT-Mendoza ± CONICET)
RESUMEN
Las ciudades tienen una acción transformadora del espacio natural sobre el que se asientan alterando en
mayor o menor medida los parámetros de sus climas locales. Uno de los principales cambios que causa la
ciudad sobre el clima es el incremento de la temperatura del aire y el desarrollo de una isla de calor. El caso
de estudio, el Área Metropolitana de Mendoza-ƌŐĞŶƚŝŶĂ͕ƌĞƐƉŽŶĚĞĂůĞƐƋƵĞŵĂĚĞ͞ĐŝƵĚĂĚŽĂƐŝƐ͕͟ŝŶƐĞƌƚĂĞŶ
una zona árida, conformando una compleja combinación de estructuras forestales, trama urbana y tejido
edilicio. Desde el punto de vista energético-ambiental la ciudad presenta una isla de calor que alcanza
máximas de 10 °C.
Esta situación refleja la necesidad de estudiar y proponer un diseño eficiente de los espacios abiertos de la
ciudad. El reconocimiento de las configuraciones urbanas más eficientes tanto desde el punto de vista de la
habitabilidad térmica del espacio como del consumo de energía auxiliar interior será de utilidad a
arquitectos, planificadores y diseñadores con el fin contribuir a la sustentabilidad urbana. El objetivo final es
generar propuestas técnicas factibles de incorporar en códigos municipales.
Atendiendo a este objetivo, se ha monitoreado la situación microclimática de 16 canales viales urbanos
durante los veranos 2009 y 2010. Estos canales viales son representativos y conjugan distintas variables
urbanas, edilicias y forestales. Se ha calculado el grado de confort térmico exterior y se ha simulado la
temperatura interior de un prototipo de vivienda ubicado en cada uno de los canales viales seleccionados a
fin de estimar el consumo energético residencial.
Los resultados han demostrado la dependencia del modelo de ciudad respecto de la trama forestal,
mostrando el alto grado de disconfort asociado al esquema sin forestación. En este sentido, se
propone forestar las nuevas urbanizaciones teniendo en cuenta tanto la fisonomía del forestal como
la morfología de la trama urbana para obtener los mejores comportamientos desde el punto de vista
de la habitabilidad térmica del espacio. Finalmente, con el objetivo de minimizar el consumo de
energía residencial en el verano, se recomiendan las configuraciones urbanas que presentan una
combinación óptima entre la morfología urbana y la especie forestal ya que producen una menor
exposición a la radiación solar y una mejor circulación del viento.
Palabras claves: Área Metropolitana de Mendoza; canales viales urbanos forestados; confort térmico
exterior; consumo energético residencial.
INTRODUCCIÓN
Las ciudades tienen una acción transformadora del espacio natural sobre el que se asientan alterando en
mayor o menor medida los parámetros de sus climas locales. Uno de los principales cambios que causa la
ciudad sobre el clima es el incremento de la temperatura del aire y el desarrollo de una isla de calor, que se
traduce en una mayor temperatura del centro urbano en relación con el espacio rural circundante. Este
fenómeno afecta el consumo residencial de energía, la calidad del aire y el grado de ocupación de los
espacios abiertos, entre otros.
En este sentido, el confort térmico de las personas en espacios abiertos es uno de los factores que más
influye en la habitabilidad de los espacios, dado que la cantidad e intensidad de actividades que el individuo
realiza es afectada por el nivel de disconfort experimentado cuando se expone a las condiciones climáticas de
esos espacios abiertos (Givoni et al., 2003).
Por otra parte, la influencia del clima sobre el consumo de energía, en particular la demanda de combustibles
fósiles, se ha abordado en diversos estudios (Sailor & Muñoz, 1997). Para las urbes de más de 100.000
habitantes, el consumo de energía durante las horas pico se eleva entre 1,5 y 2,0% por cada grado de
aumento de la temperatura de la ciudad (Akbari et al., 1992). Particularmente en la Argentina, la demanda
residencial de energía eléctrica representa más del 40% de la demanda total del distribuidor y el consumo
aumenta cada año desde 2002. Al mismo tiempo, la instalación de equipos de aire acondicionado en el país
ha crecido 100% en el periodo 2005-2009 (INDEC, 2010).
En particular, en el Área Metropolitana de Mendoza (AMM), ciudad oasis de zona árida, el fenómeno de isla
de calor urbana se verifica en todas las estaciones del año, siendo que la ocurrencia de las máximas
temperaturas se da generalmente durante el período de enfriamiento nocturno. Las intensidades máximas
de isla de calor oscilan entre los 8 y los 10 ºC (Correa, 2006).
Para el caso de las ciudades de zonas áridas que siguen el esquema de ciudad oasis, la morfología de la
vegetación es un componente clave en el funcionamiento energético de los espacios abiertos. Es necesario
analizar con profundidad, el impacto de la combinación de distintas estructuras forestales, edilicias y urbanas
para la concreción de la sustentabilidad urbana, tanto en términos energéticos como en lo referente a la
habitabilidad del espacio.
Por lo tanto, este trabajo busca analizar el grado de confort alcanzado en canales viales típicos del AMM y el
nivel de consumo energético residencial asociado. El objetivo final es seleccionar las alternativas morfológicas
óptimas en los aspectos energéticos y ambientales de los espacios abiertos en ciudades oasis de clima árido.
METODOLOGÍA
Con el fin de estudiar el impacto de la vegetación urbana sobre las condiciones de confort térmico exterior y
sobre el consumo energético residencial, se ha monitoreado la situación microclimática de 16 canales viales
urbanos durante los veranos 2009 y 2010.
A continuación se detalla: (a) la selección de casos los casos de estudio; (b) el monitoreo de variables
microclimáticas; (c) la evaluación del confort térmico exterior y (d) la simulación del comportamiento térmico
interior de un prototipo de vivienda.
Selección de los casos de estudio
En el actual tejido del Área Metropolitana de Mendoza se destacan tres tipos de cañones viales urbanos
(CVU) según las dimensiones del ancho de las calles. Es así que se detectan canales viales de 16 m que
constituyen un 25% del total de la trama, canales de 20 m, que representan el 70% y de 30m, en un 5%.
La estructura espacial se ha desarrollado en forma piramidal concentrando la mayor masa edilicia y en altura
en el sector fundacional que corresponde al microcentro de la ciudad y va decreciendo progresivamente
hacia la periferia de la mancha urbana total del AMM, hasta alcanzar las mínimas densidades en las áreas
residenciales. En este aspecto, el espacio urbano se estructura en dos densidades edilicias características: alta
y baja.
Respecto a su configuración forestal, el 84% de las especies forestales corresponden a la primera y segunda
magnitud representadas mayoritariamente por Platanus hispanica o plátano (22%), Morus alba o morera
(38%) y Fraxinus excelsior o fresno europeo (19%) (Cantón et al, 2003).
Basados en estas características y sobre la base de los antecedentes descriptos precedentemente, se decidió
evaluar el comportamiento térmico de verano de dieciséis casos de estudio. Los casos son representativos de
la combinación entre las dos densidades edilicias, los tres tipos de ancho de canal vial y las tres especies
forestales, añadiendo un caso sin forestación (Figura 1).
Platanus hispanica
Morus alba
Fraxinus excelsior
Figura 1. Canales viales urbanos con distintas especies forestales.
En particular, para el análisis de la incidencia de la vegetación y sus distintos esquemas en alineación, sobre
los consumos energéticos residenciales, sólo se han seleccionado nueve de los dieciséis casos de estudio
originales. Estos nueve CVU corresponden a la baja densidad edilicia debido a que los resultados que derivan
de la presente investigación y de investigaciones previas (Ruiz, 2013; Correa et al., 2010; Correa et al., 2008)
muestran que es en esta escala en donde se aprecia, con mayor contundencia, la influencia de la vegetación
sobre la condición microclimática del entorno.
En adición, como el objetivo es analizar los consumos energéticos residenciales, la baja densidad edilicia de la
ciudad en estudio se presenta como una opción adecuada debido a que el uso del suelo en la mayoría de los
canales viales urbanos de la zona de baja densidad se corresponde con el uso residencial, a diferencia de lo
que sucede en la alta densidad edilicia, donde aparece en gran medida el uso comercial.
De esta manera, se ha realizado la evaluación de los consumos energéticos residenciales de un prototipo de
vivienda en 9 CVU insertos en zonas de baja densidad edilicia, y forestados con plátanos, moreras y fresnos.
Monitoreo de variables microclimáticas
Con el propósito de recopilar las variables necesarias para el cálculo del confort térmico exterior en los
espacios seleccionados y simular las temperaturas interiores de viviendas asociadas a los mismos, se llevaron
a cabo dos campañas. En primer lugar, durante los meses de febrero y marzo de 2009 y desde mediados de
diciembre de 2009 hasta febrero de 2010, se han instalado 16 estaciones fijas de medición automática en
cada caso de estudio. En segundo lugar, se ha realizado otra campaña desde el 8 al 26 de enero de 2010 con
estaciones meteorológicas móviles. La descripción de los equipos y métodos de monitoreo se detalla en
Correa et al. (2012).
Los datos han sido evaluados estadísticamente para todo el día, pero aquí sólo se considera el periodo de
calentamiento, comprendido entre las 8:00 hs y las 20:00 hs, ya que se considera como el de mayor
rigurosidad climática y uso del espacio abierto.
Evaluación de las condiciones de confort térmico
Para evaluar el grado de habitabilidad de los espacios abiertos, se ha seleccionado el modelo de confort
térmico desarrollado por Brown y Gillespie (1995) y conocido como Comfort Formula (COMFA). El índice
COMFA consiste en seguir la fórmula básica que expresa el balance de energía de una persona en un
ambiente abierto.
Cuando el balance S es cercano a cero, puede esperarse que una persona se sienta térmicamente
confortable. Si el balance presenta un gran valor positivo, la persona recibe más energía que la que pierde,
por lo que se encontraría en disconfort por calor. Por otra parte, si el balance es negativo, la persona podría
sentir frío.
Simulación del comportamiento térmico interior de un prototipo de vivienda
Con el fin de determinar la influencia de la vegetación en los consumos de energía residenciales se ha elegido
un prototipo de vivienda unifamiliar que es insertado por medio de simulación en cada uno de los nueve
casos evaluados.
El parque edilicio actual en la Ciudad de Mendoza, está constituido en su mayor parte por viviendas
unifamiliares. La tipología seleccionada es la Casa o Chalet Neo-Colonial que se encuentra en amplios
sectores de baja densidad edilicia del AMM. Esta tipología comenzó a construirse a partir de la década de
1940 como opción a la propuesta del movimiento moderno. Fue un intento de volver a las raíces coloniales
españolas recibiendo también la influencia de la población inglesa que había llegado al país por motivo de la
construcción de los ferrocarriles. Aún hoy la mayoría de las casas siguen los lineamientos planteados por esta
tipología (Ganem, 2006).
La casa tipo chalet tiene la característica de ser compacta y su relación con el corazón de manzana es
bastante pobre. Sin embargo, incorpora elementos tales como galerías, porches y atrios. En general, estos
componentes son considerados sólo como decorativos, a pesar de tener el potencial de uso como parte
fundamental de la envolvente para la regulación climática.
2
3
La Figura 2 muestra la planta de la vivienda, con una superficie cubierta de 106 m y un volumen de 300 m .
La envolvente vertical, del tipo macizo, es de ladrillón revocado en ambas caras de 0,20 m de espesor (sin
aislación). La cubierta, de tipo liviano, es inclinada, a dos aguas conformada por las siguientes capas: correas
de madera, machimbre, aislación térmica (lana de vidrio) y teja cerámica tipo colonial. En el espacio interior,
la vivienda presenta cielorrasos suspendidos de yeso conformando una cámara de aire estanco que actúa de
fuelle entre el exterior y el interior. El prototipo de vivienda consta de 8 locales o habitaciones, entre los
cuales el Local 5 es el que presenta mayor vulnerabilidad respecto de las condiciones externas ya que es el
único ambiente con ganancia solar directa al Norte. Además, este local funciona como estar-comedor,
habitación que interesa especialmente por su intenso uso familiar. Por estas razones se ha decidido enfocar
el estudio energético sobre este local.
Figura 2. Planta y vista de la vivienda desde el Norte. Adaptado de Ganem (2006).
Con el propósito de simular la temperatura interna de la vivienda ubicada en cada canal vial urbano, se utilizó
el programa SIMEDIF para Windows. Este software ha sido desarrollado en el INENCO (Instituto de
Investigación en Energía No Convencional) como una herramienta de diseño y simulación del
comportamiento térmico transitorio de edificios con acondicionamiento natural, ganancias internas
variables, enfriadores evaporativos e intercambiadores de calor aire-tierra (Flores Larsen y Lesino, 2000).
SIMEDIF ha sido empleado por numerosos grupos de investigación dando muy buenos resultados, lo que
demuestra la potencialidad del programa (Hernandez y Lesino, 2000; Filippín, 2000; Flores Larsen et al., 2001;
Flores Larsen et al., 2004a y Flores Larsen et al., 2004b).
Ganem (2006) ha validado el modelo de la vivienda en SIMEDIF mediante el ajuste de la simulación con datos
experimentales, por lo que es posible realizar cambios en las condiciones climáticas de sus alrededores, a fin
de analizar en forma confiable el impacto sobre la temperatura interior y la demanda de energía auxiliar para
las distintas condiciones climáticas exteriores.
RESULTADOS
Los resultados se dividen en dos grandes áreas: evaluación del confort térmico exterior y análisis del consumo
energético interior.
Evaluación del confort térmico exterior
El comportamiento térmico de los canales viales en ciudades intensamente forestadas se encuentra
estrechamente vinculado a la forma de expresión de la especie forestal seleccionada.
En este sentido las especies forestales de primera magnitud como el plátano (Platanus hispanica), poseen un
desarrollo de copa significativo, lo que permite obtener buenas condiciones de sombra. Sin embargo este
tipo de copa produce un incremento de la rugosidad de la trama y una disminución del factor de visión de
cielo que disminuye las posibilidades de enfriamiento convectivo y radiativo de los espacios (Correa et al.,
2008).
La forestación con especies de segunda magnitud como la morera (Morus alba), presenta la posibilidad de
sombrear parte de la calzada y gran parte de la vereda, de modo de suministrar sombra a los espacios
peatonales y disminuir el impacto sobre la visión de bóveda celeste, factor que gobierna los procesos de
enfriamiento radiativo, pero dado la densidad de su follaje incrementa la rugosidad del terreno perjudicando
el enfriamiento convectivo.
La forestación con especies de segunda magnitud como el fresno (Fraxinus excelsior), representa el mínimo
impacto tanto sobre los intercambios radiativos nocturnos como sobre la rugosidad del terreno, debido a que
el fresno es un árbol de desarrollo individual cuya copa no forma entrecruzamiento lateral ni frontal, pero
posee la desventaja de ofrecer menos sombra.
Baja densidad edilicia
La Figura 3a muestra los resultados del balance de energía para los casos de baja densidad edilicia. La
estructura forestal con las mejores condiciones de confort térmico corresponde a los canales viales urbanos
forestados con Platanus hispanica cuya morfología tiene correspondencia con el túnel continuo a lo largo de
la calle y la acera. Es interesante notar que el ancho de la trama urbana parece influir muy poco sobre las
condiciones de confort térmico en calles forestadas con Platanus hispanica. En el caso de calles forestadas
con Morus alba y Fraxinus excelsior, el ancho sí parece afectar a las condiciones de confort térmico.
2
(a) Resultados horarios del Balance S (W/m )
(b) Distribución de las condiciones de confort
100%
500
2
70%
60%
BD 16 P
50%
200
40%
30%
100
20%
10%
0
09:00
11:00
13:00
15:00
17:00
19:00
Tiempo (horas)
-100
Proporción de tiempo (%)
Balance S (W/m )
80%
BD 16 M
300
Caluroso
90%
BD 16 F
400
Cálido
Neutro
Fresco
Frío
0%
Fresno
Morera
Plátano
CVU de 16 m de ancho
500
80%
BD 20 P
70%
300
60%
50%
200
40%
100
30%
20%
0
9:00
11:00
13:00
15:00
17:00
19:00
Tiempo (horas)
-100
10%
Caluroso
Proporción de tiempo (%)
90%
BD 20 M
2
400
Balance S (W/m )
100%
BD 20 F
Cálido
Neutro
Fresco
Frío
0%
Fresno
Morera
Plátano
CVU de 20 m de ancho
100%
500
2
Balance S (W/m )
70%
BD 30 P
60%
50%
200
40%
100
30%
20%
0
9:00
-100
11:00
13:00
15:00
17:00
19:00
Tiempo (horas)
10%
Proporción de tiempo (%)
80%
BD 30 M
300
Caluroso
90%
BD 30 F
400
Cálido
Neutro
Fresco
Frío
0%
Fresno
Morera
Plátano
CVU de 30 m de ancho
Figura 3. Resultados de la evaluación del balance de energía S y frecuencia de las condiciones de
confort térmico en los canales de baja densidad edilicia, durante el periodo de calentamiento, en
verano. P: Platanus hispanica; M: Morus alba; F: Fraxinus excelsior.
La Figura 3a también presenta otras conclusiones interesantes. Los esquemas menos favorables son los
siguientes: 1) el túnel interrumpido a nivel de calle y canopia homogénea sobre la vereda en canales de 16 m
de ancho forestados con Morus alba, 2) el desarrollo individual del forestal sin superposición de copa en los
canales de 30m de ancho forestados con Fraxinus excelsior.
Teniendo en cuenta la transferencia térmica, las peores condiciones de confort térmico se presentan en
aquellos CVU en los que se ve aumentado el acceso al recurso solar, la acumulación de calor y la temperatura
superficial. En este sentido, la cantidad neta de radiación que recibe un espacio y las temperaturas de las
superficies que forman parte de ellos son el resultado del ancho y la orientación del canal vial, la densidad de
construcción, el factor de visión e cielo, la permeabilidad al árbol y el albedo de las superficies.
La Figura 3b muestra el porcentaje de frecuencia de categorías de confort de acuerdo con el ancho de los
canales viales y las especies forestales. En el periodo de calentamiento durante el verano, se considera que el
ĞƐƚĂĚŽ ĚĞ ĐŽŶĨŽƌƚ ƐĞ ƉƌĞƐĞŶƚĂ ĐƵĂŶĚŽ Ğů ĂŵďŝĞŶƚĞ ƐĞ ĞŶĐƵĞŶƚƌĂ ĐĂůŝĨŝĐĂĚŽ ĐŽŵŽ ͞ŶĞƵƚƌŽ͟ LJ ΗĨƌĞƐĐŽΗ ĞŶ ůĂ
escala de confort.
2
(a) Resultados horarios del Balance S (W/m )
(b) Distribución de las condiciones de confort
500
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
400
2
Balance S (W/m )
AD 16 P
300
200
100
0
9:00
11:00
Caluroso
Proporción de tiempo (%)
AD 16 F
13:00
15:00
17:00
Calido
Neutro
Fresco
Frío
Fresno
19:00
Plátano
Tiempo (horas)
-100
CVU de 16 m de ancho
500
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
400
2
Balance S (W/m )
AD 20 P
AD 20 S/A
300
200
100
0
9:00
-100
11:00
13:00
Caluroso
Proporción de tiempo (%)
AD 20 M
15:00
17:00
19:00
Tiempo (horas)
CVU de 20 m de ancho
Cálido
Neutro
Fresco
Frío
S/A
Morera Plátano
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
AD 30 M
2
Balance S (W/m )
400
AD 30 P
300
200
100
0
9:00
11:00
-100
13:00
Caluroso
Proporción de tiempo (%)
500
15:00
17:00
19:00
Cálido
Neutro
Fresco
Frío
Morera
Plátano
Tiempo (horas)
CVU de 30 m de ancho
Figura 4. Resultados de la evaluación del balance de energía S y frecuencia de las condiciones de
confort térmico en los canales de alta densidad edilicia, durante el periodo de calentamiento, en
verano. P: Platanus hispanica; M: Morus alba; F: Fraxinus excelsior; S/A: Sin árboles.
Platanus hispanica parece ser la mejor opción para canales de 30 m, ya que se encuentra en el rango de
confort térmico neutro durante más de 50% del período de calentamiento. Su morfología ofrece cobertura y
por lo tanto reduce la cantidad de radiación absorbida durante el día. Morus alba sigue al plátano en los CVU
de 20 m en el ofrecimiento de una frecuencia similar de las condiciones de confort. Fraxinus excelsior tiene
una frecuencia similar de confort a Platanus hispánica en los cañones urbanos de 16 m.
Alta densidad edilicia
Los valores del balance de energía horario correspondientes a los casos de alta densidad edilicia pueden
verse en la Figura 4a. Todos los casos estudiados responden al mismo tipo de comportamiento general: en las
primeras horas de la mañana, los valores del balance energético son menores (aunque en algunas situaciones
ya se encuentran en disconfort leve), creciendo hasta llegar al máximo alrededor de las 16:00 ó 17:00 hs. De
este modo, el grado de habitabilidad de los espacios abiertos de la ciudad de Mendoza se ve restringido
prácticamente desde las primeras horas de la mañana y hasta las últimas de la tarde.
No se observan grandes diferencias en los cañones viales urbanos de 16 y 30 m de ancho forestados con
distintas especies, en alta densidad. En cambio, en los canales viales de 20 m, se puede ver que el balance
varía considerablemente según la especie forestal: los menores valores se observan en los cañones con P.
hispanica, seguidos por los forestados con M. alba. El cañón que no se encuentra forestado presenta los
2
mayores valores de disconfort entre los casos estudiados, llegando a casi 500 W/m a las 17:00 hs, mientras
2
que el canal forestado con P. hispanica tiene sólo 150 W/m aproximadamente, siendo estos resultados
coherentes con el factor de visión del cielo que presenta dicho canal.
Se calculó la frecuencia relativa de las condiciones de confort a lo largo del periodo de calentamiento para los
distintos casos estudiados. El análisis de los resultados expuestos en la Figura 4b revela que el porcentaje de
tiempo en el que la gente se encuentra en disconfort por calor oscila entre un 67 % en el mejor de los casos
(alta densidad - 20 m - Platanus hispanica) y un 100 % para el peor caso (alta densidad - 20 m - sin arbolado).
Estos resultados ponen de manifiesto la grave condición térmica presente en el AMM, con independencia de
la trama urbano-edilicia forestal.
Los cañones urbanos de 16 m en la alta densidad muestran similitud en la distribución de frecuencias de
niveles de confort con independencia de la especie forestal.
En los canales de 20 m insertos en la alta densidad edilicia, se puede notar que la no forestación del espacio
ƌĞƐƵůƚĂĞŶŵĄƐĚĞƵŶϵϬйĚĞůƉĞƌŝŽĚŽĐŽŵŽ͞ĐĂůƵƌŽƐŽ͘͟ƐƚŽĐŽŶƚƌĂƐƚĂĐŽŶĞůĐĂŶĂůĨŽƌĞƐƚĂĚŽĐŽŶP. hispanica
que sólo presenta un 18% del tiempo en ese rango de confort térmico.
En los CVU de 30 m que se insertan en la trama de alta densidad, el porcentaje de tiempo en el que el
ambiente es neutro o confortable está alrededor del 10 % tanto para M. alba como para P. hispanica. Sin
embargo, el caso con P. hispanica presenta un 9% del periodo en ĞůƋƵĞĞůĞƐƉĂĐŝŽƐĞĞŶĐƵĞŶƚƌĂ͞ĨƌşŽ͘͟
Estudio de los consumos energéticos del sector residencial
Temperatura interior de la vivienda
Con el fin de obtener los consumos energéticos de una vivienda unifamiliar cuyo entorno se corresponde con
los distintos casos de estudio, se realizó en primera instancia la simulación de la temperatura interior. Se ha
simulado la temperatura interior desde el 7 al 24 de enero de 2010 (18 días en total) y se consignan aquí los
resultados para el 16, 17, 18, 19 y 20 de enero.
En líneas generales, se puede decir que las viviendas más frescas son las ubicadas en los cañones viales
forestados con Platanus hispanica. Esto se debe principalmente a las bajas temperaturas registradas en esos
canales y a la escasa radiación solar recibida resultado del bajo factor de visión de cielo de estos cañones
urbanos.
Las viviendas más calurosas son las ubicadas en canales viales de 30 m de ancho y de éstos, el forestado con
fresnos. Esto se explica principalmente en base del gran factor de visión de cielo que presenta este CVU de
75%. Cabe mencionar que las diferencias entre viviendas ubicadas en distintos canales se mantienen
relativamente constantes a lo largo del día.
Entre los cañones urbanos de 16 m de ancho, la vivienda a la sombra de moreras es la más cálida con una
temperatura interior máxima media de 31,6 °C. Le sigue la edificación a la sombra de fresnos con una
diferencia de aproximadamente 1 °C, y por último se encuentra aquella sombreada por plátanos con 28,5 °C
de temperatura interior máxima media.
En cuanto a los CVU de 20 m de ancho, se observa una gran diferencia de temperatura entre la vivienda
ubicada en el canal forestado con fresnos y la ubicada en el canal forestado con moreras (alrededor de 2°C).
A su vez, la vivienda sombreada con plátanos es en promedio 1 °C más fresca que la sombreado con moreras
de manera que obtiene las mínimas temperaturas observadas con alrededor de 27,2 °C de temperatura
máxima media. Cabe destacar que las temperaturas simuladas bajo las condiciones del CVU de 20 m de
ancho forestado con plátano en verano son las únicas que entran dentro de los rangos de confort sugeridos
por Givoni (1998).
Por último, se encuentran las viviendas simuladas bajo las condiciones microclimáticas de los canales viales
de 30 m de ancho. El prototipo ubicado en el CVU forestado con fresnos es el que presenta mayor
temperatura interior con máximas de alrededor de 32,5 °C. El que se encuentra en el CVU forestado con
moreras es 1 °C más fresco y le sigue el que está a la sombra de plátanos con 1 °C menos en promedio.
Se concluye que, como era de esperar, la variable exterior de mayor influencia sobre la temperatura interior
es la condición de acceso al sol que cada una de las estructuras evaluadas presenta.
Consumos de energía en el interior de la vivienda
Se decidió termostatizar cada local a temperaturas interiores de 25 °C, a fin de observar su efecto en la
energía auxiliar de refrigeración necesaria (Givoni, 1998).
La carga diaria de refrigeración en el verano varía entre los 280 y los 400 MJ/día. La energía necesaria para
mantener la temperatura interior en 25 °C es mínima en la casa localizada en el canal vial de 20 m de ancho
forestado con plátanos y máxima en la que se ha simulado en el CVU de 30 m de ancho forestado con fresnos
(43% más).
2
La Figura 5 consiga los valores de energía auxiliar por m de superficie, de manera de poder realizar la
comparación con otro tipo de viviendas. En verano, la vivienda ubicada en el CVU de 20 m de ancho forestado
con P. hispanica consume 30 % menos de energía de lo que consume la residencia localizada en el canal de 30
m forestado con F. excelsior.
Energía auxiliar (kWh día-1 m-2)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
16P
20P
30P
16M
20M
30M
16F
20F
30F
Figura 5. Consumo de energía diario por metro cuadrado para la vivienda estudiada en cada uno de los CVU
seleccionados, en verano. P: Platanus hispanica; M: Morus alba; F: Fraxinus excelsior.
Cabe destacar que la forestación con moreras resulta en un caso intermedio entre los plátanos y los fresnos
ya que se trata de una especie de segunda magnitud al igual que el fresno, pero presenta una mayor
superposición de copas a la distancia que habitualmente es plantada en la ciudad de estudio, lo que la
asemeja a P. hispanica.
Por otro lado, es necesario destacar que el consumo energético de la vivienda puede ser disminuido
mediante intervenciones edilicias (utilización de pinturas reflectivas, aislación térmica, etc.), las cuales
tienden a generar mayores beneficios con un costo también más alto (Filippin & Flores Larsen, 2005 y 2006).
Sin embargo, cuando las posibilidades de acondicionamiento interior se ven reducidas y se desea minimizar
los consumos energéticos, el acondicionamiento del espacio urbano y la adecuada elección de la vegetación
resulta una estrategia viable. Por lo tanto, en estos casos y en el contexto de la baja densidad edilicia, se
recomiendan las configuraciones urbanas que confluyan en una baja radiación solar y una suficiente
incidencia del viento, características de los canales viales de 20 m de ancho forestados con plátanos o
moreras, entre los CVU estudiados.
CONCLUSIONES
El estudio del confort térmico en canales viales urbanos típicos de la ciudad analizada ha posibilitado la
identificación y comprensión de los fenómenos de transferencia de calor y masa que tienen lugar en el
sistema vegetación-microclima. Los comportamientos observados responden claramente a las características
de crecimiento y desarrollo de las configuraciones forestales evaluadas y su vinculación con los recursos
climáticos y la morfología de la ciudad.
En términos generales puede decirse que la elección de la especie forestal es de mayor importancia para los
casos evaluados en la baja densidad edilicia, donde se aprecia que las distintas configuraciones presentan
diferencias significativas en su comportamiento. En cambio, para el caso de la alta densidad edilicia, sólo los
canales de 20 m se muestran susceptibles a la influencia de la morfología forestal, aunque esto no es un dato
mínimo si consideramos que el 75 % de los canales viales que conforman los espacios de la ciudad
corresponden a este ancho.
Otro aspecto importante que deriva del análisis, es la dependencia del modelo de ciudad respecto de la
trama forestal, mostrando el alto grado de disconfort asociado al esquema sin forestación. Esto pone de
manifiesto la necesidad de una planificación y manejo racional del recurso forestal de la ciudad como
estrategia ineludible para su sustentabilidad termo-energética. Se desprende que como base para la
optimización del funcionamiento térmico de los espacios urbanos es imprescindible garantizar la
permanencia en el tiempo de la forestación.
Además, existe una incomodidad térmica generalizada en el AMM, independientemente de la situación
urbana y el esquema vegetal que la misma presente. El porcentaje de tiempo en el que un individuo se siente
en disconfort debido al calor en los canales forestados va desde un 46 % en el mejor de los casos al 62 % en el
peor. Para mejorar las condiciones de confort térmico de los espacios abiertos se debe ir más allá de sólo
considerar el ancho de los canales viales y la distribución de las especies arbóreas. Se deben que incluir otras
variables relacionadas con los materiales de construcción y la morfología del espacio.
En conclusión, la vegetación en los canales viales urbanos tiene una incidencia significativa durante el verano
y es por tanto, en esta estación del año en la que se debe pensar a la hora de tomar decisiones de diseño de
los espacios abiertos. Se propone forestar las nuevas urbanizaciones y las zonas de baja densidad delicia
según el ancho del canal vial para obtener los mejores comportamientos desde el punto de vista térmico y de
la habitabilidad del espacio, de tal manera de plantar especies de primera magnitud, como P. hispanica en
canales viales de 30 m; especies de segunda magnitud y desarrollo abierto como M. alba en CVU de 20 m y
especies de segunda magnitud forestal y desarrollo compacto como F. excelsior en cañones urbanos de 16 m.
En el caso del reemplazo de forestales en zonas consolidadas de alta densidad edilicia, la elección de la
especie forestal es importante en los canales de 20 m de ancho, en los que conviene la plantación de
plátanos.
Desde el punto de vista energético se puede decir que la carga diaria de refrigeración en el verano varía entre
-2
-1
0,75 y 1 MJ m día para la vivienda completa dependiendo del ancho del canal vial y de la especie forestal.
Por lo tanto, en el contexto de la baja densidad edilicia, se recomiendan las configuraciones urbanas que
confluyan en una baja radiación solar y una suficiente incidencia del viento, características de los canales
viales de 20 m de ancho forestados con plátanos o moreras, entre los CVU estudiados.
Otro asunto interesante a considerar, es que si bien en términos de esquemas urbano-forestales, los
esquemas que ofrecen ventajas en la condición de verano pueden resultan desfavorables en la condición de
invierno, se debe tener en cuenta que durante el verano la vegetación interviene no sólo sobre la
temperatura interior y el consumo de energía de las residencias, sino en la habitabilidad o grado de confort
de los espacios exteriores. Éstos últimos, a diferencia de los espacios interiores, no se pueden acondicionar
mediante energía auxiliar o aislación térmica de manera sencilla.
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CONSTRUCCION SUSTENTABLE
María Victoria Mercado y Alfredo Esteves ³$KRUUR HQHUJpWLFR HQ OD
construcción de viviendas con SIRASOL, en el centro oeste de la Repúbllica
$UJHQWLQD´INCIHUSA- CONICET)
‡
Se ha desarrollado un sistema de calefacción radiante solar pasiva denominado SIRASOL,
para la climatización natural de espacios donde la inclusión de sistemas convencionales de
calefacción solar pasiva no es posible. Existe un parque edilicio residencial de mala calidad
térmica y mala resolución del diseño arquitectónico. En este contexto se lo condena al usuario a
vivir en condiciones térmicas precarias, a sostener un gran costo energético durante la vida útil
de la vivienda y se lo priva de la posibilidad de hacer uso racional de la energía. La vivienda no
brinda al usuario las condiciones mínimas de confort, inclusive con un alto consumo energético
convencional. En base a simulaciones de una vivienda con y sin el uso del SIRASOL, resulta el
logro de 5°C más en la temperatura operativa, con un ahorro energético del 14.6%. El estudio
del SIRASOL se experimentó en una zona de clima árido y alto potencial de energía solar, bajo
este abanico se caracterizan tres provincias de la zona centro-oeste de la República Argentina,
La Rioja, San Juan y Mendoza. Entre estas tres provincias se cuentan con 1674798 viviendas
según el censo 2010. Extrapolando el ahorro energético a esta importante suma de viviendas se
advierte que el ahorro posee dos caras. Una recae directamente sobre el consumo de energía
utilizada para calefacción, siendo el destino de mayor incidencia dentro del consumo energético
anual de una vivienda. Otra cara, la vivienda social es financiada mayormente por el Estado y,
considerando que la tarifa de gas contiene un subsidio estatal cercano al 100% de lo que el
6
usuario costea , se sostiene que el sistema proporciona un ahorro energético y
consecuentemente económico para las finanzas nacionales. En resumen, con la utilización del
SIRASOL, en viviendas en zonas áridas se logrará dos beneficios marcados: a- el individual de
cada usuario de consumir menos energía (14.6% por espacio que contenga el sistema) y el de
lograr mayor confort térmico. b- Por cada 28 viviendas que el estado construya, será posible
construir una vivienda más considerando el ahorro económico que implica el 14.6% de ahorro
energético en subsidio.
Palabras Claves: Ahorro energético, Climatización natural, SIRASOL.
1. INTRODUCCIÓN
El White Paper de la Sociedad InterQDFLRQDO GH (QHUJtD 6RODU ,6(6 FLWD ³/DV PHGLGDV GH
eficiencia energética que ahorran enormes cantidades de dinero están aún esperando ser
adoptadas en todo el mundo, y las aplicaciones de tecnologías de energías renovables han
empezado escasamente a mostrar su pleno potencial. La eficiencia y las renovables convierten al
tema de los costos de los combustibles, en apoyos para la creación de nuevos empleos y para el
desarrollo de una economía más robusta, mientras que, al mismo tiempo, reducen dramáticamente
6
Esto en el centro del país, en regiones de la Patagonia este subsidio alcanza hasta el 300%
los riesgos del cambio climático para todas las naciones, sumando un gran beneficio adicional sin
FRVWRH[WUD´
3RU RWUR ODGR VH SUHVHQWD OD VLJXLHQWH VLWXDFLyQ TXH LQGLFD HO LQIRUPH GHO &0( GHO DxR ³/RV
hogares pobres de todo el mundo dedican a la energía una parte de sus ingresos mayor que los
ULFRV OR FXDO OHV KDFH YXOQHUDEOHV D XQ UiSLGR LQFUHPHQWR GHO SUHFLR GH OD HQHUJtD´ (VWR VH
considera como una consecuencia directa de la calidad deficitaria de los sistemas de calefacción y
de la envolvente de los hogares de esta franja poblacional.
La República Argentina, no escapa de esta situación, alrededor del 40% de los hogares del país se
encuentran desvinculados a la red de gas natural, utilizando gas licuado, leña, electricidad u otro
combustible y pagando por estas un precio 5 a 20 veces mayor por unidad de energía que lo
correspondiente a gas natural. En la Tabla 1, se presentan datos de viviendas con disponibilidad de
acceso a la red de gas natural para la región centro-oeste del país con características similares de
aridez, siendo las provincias de LA Rioja, San Juan y Mendoza.
Provincias de la zona árida del
centro oeste de la República
Argentina
Total de
viviendas
Total de
viviendas con
disponibilidad
Porcentaje de
viviendas con
disponibilidad
Total de
viviendas sin
disponibilidad
Mendoza
San Juan
La Rioja
539271
188946
109182
329565
89635
12446
66.6
50.6
13.7
165276
87522
78651
Tabla. 1: Viviendas con disponibilidad de acceso a la red de gas natural por provincia. INDEC. Año 2010.
Se estima que el sector residencial es el encargado del 53% del consumo nacional, del cual se
utiliza el 58% para calefaccionar las viviendas (Evans, 2005). Por lo tanto la comunidad científica
encuentra: un parque construido energéticamente ineficiente. En este contexto se lo condena al
usuario a vivir en condiciones térmicas precarias, a sostener un gran costo energético durante la
vida útil de la vivienda y se lo priva de la posibilidad de hacer uso racional de la energía. La vivienda
no brinda al usuario las condiciones mínimas de confort, inclusive con un alto consumo energético
convencional. Consecuentemente, el conjunto habitacional debe ser mejorado con sistemas
energéticos pasivos para contribuir con la reducción del consumo energético y de las emisiones
polucionantes a la atmósfera, dióxido de carbono entre otros (CO2), dado que la mayor parte de
ahorros de emisiones proyectadas al 2030 se procuran por medio de la adaptación de los edificios
construidos CME, 2002.
En la provincia de Mendoza el 25% de los recursos energéticos consumidos son destinados al uso
doméstico. De este total y a escala residencial, el combustible más utilizado para la calefacción es
el gas natural. Esto toma relevancia considerando una inminente importación neta de hidrocarburos
a partir del año 2009, y agotamiento definitivo de las reservas certificadas entre 2013 y 2015. [13].
La vida útil de los edificios construidos y destinados a vivienda social superará la perspectiva de
duración de las reservas certificadas de gas, dado que a partir del año 2009 existe una creciente
importación de hidrocarburos. Esto lleva a la urgencia de dar respuesta, desde la concepción de los
mismos por dos razones, 1) evitar el consumo desmedido de combustibles fósiles para alcanzar
condiciones de confort y 2) reducir las emisiones contaminantes como causantes: de una mala
calidad del aire (Puiafito, et al, 1996); y de la situación global de cambio climático.
El paso de edificios o viviendas de gran consumo a viviendas menos consumidoras y/o productoras
de energía es posible por medio de sistemas de acondicionamiento pasivo y/o híbridos. Desde la
filosofía de una arquitectura bioclimática se han realizado numerosos aportes con el propósito de
concebir edificios ambientalmente consientes y rehabilitar energética, lumínica y térmicamente al
hábitat construido (GArcia, et al, 2002; Esteves et al, 2006 y Ganem, 2006). Permitir al Sol ingresar
dentro de los edificios en el invierno para calentarlos, y dejar que la luz difusa entre al edificio para
desplazar la iluminación eléctrica, mientras se prevé sombrear en el verano y controlar la brillantez
en el interior, son las más eficientes y menos costosas formas del uso directo de la energía solar
ISES, 2003.
En el aprovechamiento solar para calefaccionar edificios resulta imprescindible, una fachada
disponibOHKDFLDHO(FXDGRUVREUHODFXDO³LQVWDODU´ORVVLVWHPDVVRODUHVSDVLYRVGHFDOHIDFFLyQ(Q
este sentido no todos los espacios pueden ser receptores de estos sistemas. Se ha estudiado y
experimentado un sistema para calefaccionar pasivamente locales sin disposición hacia el Ecuador,
sistema de calefacción radiante solar pasivo (SIRASOL). Este permite la climatización natural de
HVSDFLRV ³VLQ IDFKDGD QRUWH GLVSRQLEOH´ SRU PHGLR GH OD JDQDQFLD VRODU LQGLUHFWD XELFDGR HQ OD
cubierta de las vivienda.
2. OBJETIVO
El objetivo principal de este trabajo es obtener datos que validen el uso del SIRASOL en viviendas
unifamiliares en las provincias de Mendoza, San juan y La Rioja. Considerándolo una herramienta
de ahorro energético y económico tanto como para los usuarios directos de estos edificios como
para el estado, como ente financiador de la construcción de los mismos.
3. CALEFACCIÓN RADIANTE SOLAR PASIVA: SIRASOL
La calefacción por medio de sistemas radiantes presenta ventajas innegables frente a la calefacción
otorgada por sistemas convectivos, se destacan entre ellas: el ahorro energético, por ser materia de
importancia mundial y la calidad del aire interior por tratarse de un parámetro que influye
directamente en la salud de las personas.
En la vivienda social, debido a su pobre calidad térmica, la envolvente edilicia es deficiente. Esto
genera, por parte del propietario un sellamiento total de las infiltraciones. Sumado a esto, un bajo
poder adquisitivo lo lleva a utilizar artefactos de calefacción más económicos: pantallas, o la cocina
como calefactor, lo que implica un alto riesgo por falta de salubridad (mala calidad del aire interior) y
de seguridad (riesgo de pérdida de gas o explosión) para los usuarios.
La calefacción radiante resguarda la calidad del aire interior por no utilizarlo como fluido de
conducción del calor, siendo una de las ventajas más importantes que presentan estos sistemas
frente a los sistemas de calefacción convectiva.
Los sistemas de calefacción radiantes comprenden ambos tipos de transferencia de calor
(radiación-convección). En la Figura 1 se observa el porcentaje de intervención de cada clase de
intercambio, de acuerdo al tipo de calefacción radiante.
IN TERC AM B IO POR RAD IAC IÓ N
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
c a le fa c c ió n in fra ro ja
te c h o ra d ia n te
m u ro ra d ia n te
p iso ra d ia n te
ra d ia d o re s
IN TERC AM B IO POR C ON VEC C IÓN
Fig.1: Proporción de transferencia de calor por radiación y por convección para diferentes tipos de
sistemas de calefacción radiante. Fuente: Banhidi, 1991.
En el caso particular de un sistema radiante ubicado en el techo del local, como el caso del
SIRASOL, se debe evaluar cuidadosamente el efecto de estratificación térmica, la asimetría
radiante y como beneficio directo por tratarse de un sistema solar pasivo: el ahorro energético
obtenido y los beneficios ambientales aparejados.
El SIRASOL es un sistema de forma piramidal alargada (Figura 2), tipo lucernario. Está formado por
cuatro superficies en contacto con el exterior y una hacia el interior, que generan una cavidad
estanca al aire. Tres de las cuatro superficies de este recinto cerrado poseen cerramientos de vidrio
simple: el lado orientado hacia el ecuador que posee una inclinación optimizada, es el elemento de
captación y los laterales este y oeste que actúan como captadores auxiliares, para las horas de la
mañana y tarde.
El lado sur, opuesto a la mayor superficie de captación posee una cubierta opaca, aislada
térmicamente, que se encuentra inclinada para minimizar la superficie de pérdida. El sistema de
calefacción se comunica con el espacio a calefaccionar a través de un panel metálico, denominado
panel radiante, que constituye el elemento que transfiere la energía solar como energía térmica al
ambiente interior. El panel radiante se calienta, alcanzando temperaturas cercanas a los 60°C y
disipa el calor instantáneamente en forma radiante al espacio a calefaccionar. Los elementos
sólidos del espacio elevan su temperatura gracias al intercambio radiante del SIRASOL,
consecuentemente la temperatura radiante media del local aumenta, provocando un ascenso en la
temperatura operativa, siendo la temperatura que percibirá directamente el ocupante. Este aumento
alcanza hasta 5°C.
En trabajos anteriores se ha demostrado que el sistema responde satisfactoriamente a las
expectativas y propicia que el espacio alcance más fácilmente condiciones de confort durante las
horas de sol (Mercado et al, 2005, 2006, 2007).
Dada la condición geométrica del sistema, es necesario la utilización de un elemento que minimice
la ganancia de calor en el período de verano para evitar el sobrecalentamiento del espacio
habitable. Para el diseño de ésta se realizó el estudio de las sombras sobre la carta solar buscando
impedir el ingreso de radiación solar directa entre el 23 de septiembre y el 21 de marzo. En la
fotografía 2 de la figura 2 es posible observar la protección diseñada en forma de lamas, de esta
forma se consigue además que durante los días de otoño y los últimos días del invierno el sistema
brinde calefacción de menor intensidad, con lo que se ajusta mejor a las condiciones menos
rigurosas de estos períodos.
vid rio
c a ñ o c u a d ra d o d e
a lu m in io , so p o rte
in te rn o d e p ro te c c ió n
su r y vid rio
0,
0 ,0 8
p anel
5
0,
03
02
Pro te c c ió n su r:
m e m b ra n a a sfá ltic a
a isla c ió n té rm ic a
p la c a d e M D F
0 ,0 4
0 ,0 5
0 ,0 5
e stru c tu ra so p o rte p a n e l
e stru c tu ra
so p o rte siste m a
Fig. 2: Esquema en corte del sistema de calefacción radiante solar pasivo y fotografías del prototipo de
estudio.
Solar Radiation in Argentina
Annual average [kWh/m²]
Fig.3: Mapas de la República Argentina, 1- zonificación por regímenes de aridez y distribución de
la radiación solar en el mes de junio.
El estudio del SIRASOL se experimentó en una zona de clima árido y alto potencial de energía solar
como lo es la ciudad de Mendoza. En la figura 3, es posible advertir que estas características se
repiten en la zona centro-oeste de la República Argentina y particularmente en las provincias de La
Rioja y San Juan. En consecuencia con esto se extrapola el análisis de ahorro energético y
económico a las provincias mencionadas.
4. SITUACIÓN HABITACIONAL.
La inclusión de un sistema de calefacción solar pasivo, en las viviendas sociales, constituiría un
importante porcentaje de hogares de la zona en cuestión, dado que entre el 25 y 35% de los
hogares no poseen vivienda propia. En la tabla 2 se puede observar que las viviendas situadas en
el sector urbano constituyen entre el 81 y 85% del parque edilicio habitacional. De este sector,
alrededor de un 15% se encuentra con características deficitarias con respecto al acceso de redes
energéticas y de servicios (INDEC).
Provincias de la zona árida del
centro oeste de la República
Argentina
Mendoza
San Juan
La Rioja
Total de
viviendas
Viviendas en
área urbana
Viviendas en
área urbana %
Viviendas en
área rural
499841
177155
91097
406851
156643
78215
81.4
88.4
85.9
92990
20512
12882
Tabla. 2: Viviendas en área urbana y área rural. INDEC. Año 2010.
La vivienda social es aquélla destinada al mejoramiento de la situación habitacional de personas o
grupos que no tienen la posibilidad de encarar económicamente la construcción de su vivienda en
forma individual. Por esta razón, el estado se convierte en el principal sujeto de acción para
proporcionar, financiar y organizar la entrega de viviendas a esta franja de la población. Desde una
YLVLyQ SDQRUiPLFD OD YLYLHQGD QR VyOR HV ³HO WHFKR´ VLQR XQ VLVWHPD TXH LQFOX\H HO WHUUHQR OD
infraestructura, el equipamiento social-comunitario; esto según una localización y dentro de un
contexto cultural, económico, político y tecnológico determinado.
El aspecto térmico no debería ser desconsiderado en ningún tipo de construcción, especialmente en
los emprendimientos de vivienda del Estado, debido a dos razones: a- las condiciones de
habitabilidad brindadas por estas viviendas afectan a un número importante de personas y b- el
gasto de funcionamiento y mantenimiento que generan las mismas posteriormente resultan
significativos, considerando el presupuesto familiar disponible de la mayoría de los usuarios
(Martinez, 2003).
El estado hace entrega de un importante porcentaje de las viviendas que se habitan por año. En
estos hogares, es ineludible otorgar condiciones de calidad térmica que propicien el confort de sus
habitantes sin el excesivo consumo de energías de base fósil, ya que por sus costos, resulta muy
difícil de pagar. Una adecuada envolvente, que logre un armonioso diálogo con el clima del lugar y
un diseño bioclimático para un correcto comportamiento térmico-energético son características
ineludibles a implementar en las viviendas actuales y futuras de construir (Mercado et al, 2010).
Como se ha mencionado anteriormente, existe una necesidad urgente de responder a la demanda
de calefacción de las viviendas sociales por medio de sistemas solares pasivos. Las condiciones
ambientales de las ciudades seleccionadas constituyen una fortaleza para poder llevar a cabo esta
tarea. Altos niveles de radiación solar, con una captación aceptable en el plano horizontal facilitan la
disposición del SIRASOL en los techos de las viviendas. Además se ha observado que el sistema
de calefacción radiante solar pasivo responde positivamente a las siguientes expectativas: a- elevar
la temperatura radiante media incidiendo de forma directa en la temperatura operativa, b- alcanzar
sensación de confort térmico en el espacio.
El presente estudio toma como referencia una vivienda construida en el año 2006 en el barrio 12 de
Octubre, departamento de Las Heras, provincia de Mendoza. Se encuentra sobre la periferia de la
ciudad, en el pie de monte de la cordillera de Los Andes. La ejecución de la obra estuvo a cargo de
una empresa constructora subcontratada por el Instituto Provincial de la Vivienda (IPV Mendoza)
quien realizó la inspección técnica. El mencionado barrio 12 de octubre, fue seleccionado por
tratarse de un barrio comprendido en el programa FONAVI (Fondo Nacional para la Vivienda), que
mantiene un esquema funcional y sistema constructivo actual y repetitivo en la mayor parte del país.
El sistema constructivo es el tradicional para la región, ladrillón macizo común (7 x 16 x 28 cm)
2
revocado en ambas caras, quedando un espesor de muro de 0.2m (U= 2.41 W/m °C) y cubierta
liviana inclinada, compuesta por machimbre de pino del lado interior, lana de vidrio como aislación
de una pulgada de espesor y chapa como protección exterior (U= 1.1 W/m2°C). Cuenta con una
2
superficie cubierta de 63 m en donde se resuelve un espacio diurno único (cocina-comedor), un
baño y dos dormitorios, con la posibilidad de ampliar la vivienda hacia el fondo de la misma con un
dormitorio más. En la figura 4 se puede observar la planta y fotografías del barrio y de la vivienda
medida.
dormitorio 2
baño
hall
interno
dormitorio 1
cocinacomedor
N
Fig. 4: Planta y fotografías de una vivienda Bº 12 de octubre, tipología FONAVI
2
La forma se resuelve en dos cuerpos prismáticos yuxtapuestos. La envolvente resulta de 146.46m ,
donde el 57.2% corresponde a muros y el 42.8% a techos. El FAEP (factor de área envolvente-piso)
2
2
es de 2.3, es decir la vivienda tiene 2.3 m de envolvente por m de superficie cubierta (Esteves y
Gelardi, 1997). El valor óptimo de este indicador es 2, esto indica que la resolución formal de la
vivienda podría ser más eficiente y provocar menos pérdidas de calor por envolvente, es posible
hacer más eficiente esta relación, modificando en el diseño original de la vivienda la altura de la
cubierta del espacio diurno. El techo de la vivienda está inclinado para permitir la evacuación del
agua de lluvia. Su altura resulta algo excesiva si se tiene en cuenta que la cumbrera se ubica a
3.5m. La vivienda monitoreada posee su fachada principal orientada hacia el norte.
4.1.
Situación
del
SIRASOL en espacios de vivienda
La inversión inicial para la construcción del sistema en la vivienda estudiada es cercana a $2240
(dos mil doscientos cuarenta pesos), implicando el 0.68% de la inversión de una vivienda social, es
posible reducir este valor si se realiza por autoconstrucción. Si se construye el SIRASOL en un
edificio, como se ha mencionado anteriormente se eleva la temperatura interior, con esto es posible
disminuir el consumo de combustible o energía fósil (consecuentemente su costo económico),
utilizada para lograr condiciones de confort térmico dentro del espacio.
Con el propósito de conocer el ahorro energético que el SIRASOL pueda provocar en la vivienda, se
simuló la vivienda de estudio con el programa Energy Plus, el período invernal, desde el 1 de junio
hasta el 31 de agosto. El programa de simulación utilizado (Energy-Plus), permite la utilización de
un termostato para la temperatura del aire, el cual en una primera instancia se fija en 20.5°C, se
determina que con la utilización y puesta en marcha del sistema es posible disminuir cerca del 8.8%
del consumo de energía de base fósil en un espacio climatizado por el sistema. Tabla 3.
Variables
Vivienda SIN SIRASOL en espacio diurno
Vivienda coN SIRASOL en espacio diurno
Porcentaje de ahorro [%]
Energía horaria necesaria para mantener una
temperatura de aire = 20.5°C [Wh]
784.4
715.3
8.8
Tabla 3. Energía horaria necesaria del espacio diurno para mantener una temperatura de aire de 20.5°C SIN y
CON el sistema en funcionamiento y, porcentaje de ahorro alcanzado.
Sin embargo si se considera que el sistema incide en el fenómeno radiante interviniendo
directamente en la temperatura operativa y alejándola de la temperatura del aire hasta 3°C, se
puede fijar un termostato para la temperatura del aire en 17.5°C=TO (20.5°C)-3°C, considerando
que la temperatura que sentirá el usuario del espacio será de 20.5°C permaneciendo en confort
térmico. En este caso los resultados evidencian un ahorro energético superior del orden de 14.6%.
Variables
Vivienda SIN SIRASOL en espacio diurno
Vivienda coN SIRASOL en espacio diurno
Porcentaje de ahorro [%]
Energía horaria necesaria para mantener una
temperatura de aire = 17.5°C [Wh]
438
373.8
14.6
Tabla 4: Energía horaria necesaria del espacio diurno para mantener una temperatura de aire de 17.5°C y
una temperatura operativa de 20.5°C, SIN y CON el sistema en funcionamiento y, porcentaje de ahorro
alcanzado.
El ahorro logrado recae directamente sobre el consumo de energía utilizada para calefacción,
siendo el destino de mayor incidencia dentro del consumo energético anual de una vivienda. La
vivienda social es financiada mayormente por el Estado y, considerando que la tarifa de gas
contiene un subsidio estatal cercano al 100% de lo que el usuario costea, se sostiene que el
sistema proporciona un ahorro energético y consecuentemente económico beneficioso tanto para el
individuo, que además goza de la performance térmica, como para las finanzas nacionales.
Este subsidio económico que ejerce el Estado sobre el gas natural, no permite que la población de
clase media alta y los mismos organismos del estado perciban claramente la compleja situación de
disponibilidad y uso desmedido del recurso (De Dicco, 2006). En el país, se accede al gas natural
con un costo hasta veinticinco veces menor en relación a otros lugares de Latinoamérica como
Santiago de Chile, Río de Janeiro o Montevideo de Uruguay (Mercado et al, 2010). Una condición
de ahorro del consumo energético de base fósil ligado al uso del recurso solar para la climatización
de espacios implicaría que mayor cantidad de personas sentirían confort en sus viviendas,
disminuyendo el consumo regional de energía fósil y las deudas contraídas por usuarios que hacen
uso del recurso.
Se ha visto hasta aquí que al aumentar la temperatura interior, es posible disminuir el consumo de
combustible o energía fósil utilizada para lograr condiciones de confort térmico dentro del espacio.
3
De acuerdo al balance térmico realizado para la vivienda, se necesita 1395.7m de gas natural para
calefaccionar. Con la utilización y puesta en marcha del SIRASOL es posible disminuir este
consumo a 1192 m3, reduciendo de esta forma el consumo de energía fósil. Tabla 5.
Variables
Vivienda SIN SIRASOL Vivienda CON SIRASOL
en espacio diurno
en espacio diurno
Calor Auxiliar Anual [KWh/año]
15102
12897.1
Energía requerida para calefaccióngas natural(GN) [m 3]
1395.7
1192.0
Costo en pesos argentinos a Setiembre 2014 [$]
447.9
382.5
Energía requerida para calefacción gas envasado (GE) [Kg]
1159.6
990.3
Costo en pesos argentinos a Setiembre 2014 [$]
4058.6
3
3466.0
Tabla. 5: Necesidad de energía para calefacción en KWh/año y m
Además, se puede observar que el costo anual por energía difiere sustancialmente entre gas natural
y gas licuado, alcanzando una diferencia de hasta 10 veces. En esta discrepancia, y considerando
el ahorro energético y consecuentemente económico la inclusión del SIRASOL en la vivienda, la
amortización de la inversión inicial para construir el sistema, difiere en una vivienda con acceso a la
red de gas natural y la que no lo posee. Para la primera, esta será de 4 años, mientras que para la
segunda la amortización de la construcción del sistema en la vivienda será de 6 meses. Esta
situación no es menor debido a que como se vio en la tabla 1 la disponibilidad de gas natural es
baja, particularmente en la provincia de La Rioja.
La vivienda social es financiada mayormente por el estado en 20 años y considerando que serán
viviendas construidas fuera del alcance de la red de distribución de gas natural. Si se tiene en
cuenta el ahorro económico producido por el ahorro energético, que se dará en este tiempo con la
utilización del SIRASOL como única estrategia bioclimática, sería posible construir una vivienda
más por cada barrio de 28 casas. Esto se plantea en la Tabla 6.
Ahorro vivienda con el calefactor [Kg]
169.3
Precio de gas estimado [$]
3.5
Ahorro anual [$]
592.55
Ahorro en 20 años [$]
11851.0
Valor construcción de vivienda social 2014 [$]
330000
Cada 28 viviendas construidas con sistema (un barrio)
1 vivienda nueva
Tabla. 6: Consecuencia económica de la utilización del SIRASOL en viviendas fuera de la red de gas natural.
Un factor adicional es el logro de confort térmico por medio de la climatización natural del espacio,
por medio del intercambio radiante, disminuyendo el consumo regional de energía fósil y las deudas
contraídas por usuarios que hacen uso del recurso estando imposibilitados a hacerle frente
económicamente.
5. CONCLUSIONES
La revalorización ambiental y energética de viviendas que han sido despojadas de consideraciones
energético-ambientales en sus diseño originales y que no poseen la posibilidad de inclusión de
sistemas solares pasivos convencionales (muro trombe, muros colectores, ganancia solar directa,
entre otras) es posible por medio de la utilización del sistema de calefacción radiante solar pasivo
(SIRASOL) que otorga al espacio calor en forma radiante acrecentando el alcance del confort
térmico en ellos.
La vivienda utilizada como caso de estudio muestra baja calidad térmica en su envolvente, lo que se
evidencia en el alto nivel de calor auxiliar requerido para calefacción. El usuario dispone de un
espacio que lo obliga a vivir en condiciones térmicas precarias o a sostener un gran costo
energético durante la vida útil de la vivienda. De acuerdo a simulaciones térmicas realizadas con
Energy Plus es posible afirmar que la utilización del SIRASOL en la vivienda social propicia el
alcance de condiciones de confort térmico en el medio ambiente interior durante las horas de sol,
elevando la temperatura operativa 5°C en relación a una vivienda sin la incorporación del sistema.
Además de lograr un ahorro del 14.6% de consumo de energía de base fósil. Por otro lado se
analizó que con el ahorro económico que supone para el estado este ahorro energético sería
posible construir una vivienda de índole social cada 28 construidas con el SIRASOL en el espacio
diurno.
Como beneficio último, la inclusión del sistema en el parque habitacional supone que familias de
pocos recursos se podrán beneficiar de la situación térmica interior cuando no consuman energía
para calefaccionar o también del ahorro económico del recurso energético cuando la consuman.
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ESTACIÓN DE MEDICIÓN IDMP-CCT &21,&(70HQGR]D´/$+9-INICHUSA,
CCT CONICET Mendoza)
RESUMEN: Una adecuada cuantificación y comprensión del clima luminoso típico de una
determinada localidad es esencial para un mejor uso de la iluminación natural. Esto posibilitaría
reducir el uso de iluminación artificial durante el día y mejorar el bienestar de los ocupantes de los
espacios interiores, ya que la luz natural es la fuente de iluminación más aceptada y preferida por
los ocupantes de espacios tanto residenciales (viviendas) como no residenciales (oficinas,
escuelas). La medición de la luz natural se realiza en varias localidades del mundo con el objetivo
de cuantificar su potencial aplicabilidad en la iluminación del hábitat, estas mediciones permitieron
un primer conocimiento generalizado y sobre todo los potenciales de una determinada localidad
para disponer de este recurso natural (sol y cielo) y su correspondiente efecto dinámico diurno y
estacional, por otra parte permitieron desarrollar y validar un número de modelos teóricos. En 1991,
la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) lanzó oficialmente el Programa Internacional de
Mediciones de Iluminación Natural (IDMP) creando un marco de trabajo estandarizado para las
Estaciones de Medición de Iluminación Natural, creando la red de estaciones a nivel mundial que
registraran de la misma manera los datos para poder luego ser comparadas adecuadamente. Con el
propósito de proveer de información sobre el clima luminoso de nuestra región a los fines de su
utilización en el diseño y para formar parte del esfuerzo internacional en validad y desarrollar
modelos de iluminación natural, se desarrolló la Estación de mediciones de Iluminancia/Irradiancia
IDMP en el CCT CONICET Mendoza. Este trabajo presenta los datos de iluminación que fueron
medidos en nuestra estación IDMP clase general a intervalo minuto-minuto simultáneamente de
Iluminancia (lux) e Irradiancia (W/m2), horizontal global y difusa. Se analizan las variaciones en
iluminancia global y difusa horizontal anual utilizando gráficos de distribución de frecuencias,
diagramas de promedios horarios y mensuales y curvas de probabilidad y se discute su uso en
modelos de simulación predictiva de índices de eficiencia energética del uso de iluminación natural
de espacios interiores (métricas dinámicas).
PALABRAS CLAVES: ILUMINANCIA, IRRADIANCIA, MEDICIONES, BASES, PREDICCIONES.
INTRODUCCIÓN
La aplicación de estrategias de aprovechamiento de luz natural, tanto desde el punto de vista del
confort visual, de la eficacia visual en la realización de tareas o para el ahorro de energía de
espacios comienza por el conocimiento de la disponibilidad anual y de la variación diaria y
estacional de la radiación solar en su espectro visible. Este conocimiento permite tomar decisiones
de diseño del hábitat, tanto en escala urbana como edilicia, considerando conjuntamente los
aspectos térmicos de la radiación solar. Las distintas estrategias de diseño de iluminación natural
están relacionadas con el clima luminoso regional. Un punto de partida es entonces conocer el clima
luminoso predominante en el lugar de aplicación y aprovechamiento de la luz natural. La
característica distintiva de la luz natural es su gran variabilidad, horaria, diaria y estacional, por su
dinamismo en cantidad y calidad como fuente de iluminación. En las últimas décadas se ha
impulsado desde distintos ámbitos científicos un cambio de paradigma para pasar de métricas
puntales y estáticas a métricas dinámicas, precisamente para que éstas caractericen la fuente en
forma más adecuada y así tener mejores predicciones tanto en las etapas de proyecto como en
evaluación de espacios construidos.
En el año 1991, debido a la falta de datos tomados en condiciones similares y en distintas regiones
del mundo, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE-Commition Internationale d eclairage)
lanza el programa de Estaciones de Medición de Iluminación natural (IDMP-International Daylighting
Measurement Program). El mismo establece los protocolos bajo los cuales se puede integrar la Red
IDMP, la misma clasifica las estaciones de medición en: 1- Clase Investigación. Se mide Irradiancia
global y difusa, Iluminancia global y difusa ambas en plano horizontal; Irradiancia e Iluminancia
vertical en las cuatro orientaciones principales y luminancia de bóveda celeste. 2- Clase General. Se
miden todos los parámetros anteriores menos la luminancia de bóveda celeste. 3- Clase Básica. Se
mide Irradiancia global y difusa, Iluminancia global y difusa ambas en plano horizontal.
Si bien en Argentina existen antecedentes y experiencia en mediciones de radiación solar (ref.
Grossi) a principio de los 90 no se contaba en Argentina con mediciones de Iluminancia en
estaciones de radiación solar, ni en otro tipo de estaciones climáticas, que pudieran aportar este
dato al momento de validar los estudios y cálculos de aprovechamiento de luz natural en nuestra
región. A raíz de esta falta de datos locales, en 1994 se comenzaron a tomar los primeros registros
de iluminancia exterior horizontal Global y Difusa en Mendoza, con la experiencia ganada de un año
de mediciones se trabajó en un modelo predictivo para cielo claro (Pattini, A., Mermet, A., de Rosa,
C. 1996). Posteriormente en reuniones de trabajo realizadas en el Laboratorio de Luminotecnia Luz
y Visión de la Universidad Nacional de Tucumán y en el CCT CONICET Mendoza con el Dr. M.
Fontoynont del ENTPE Francia y miembro de la CIE, se determinó la necesidad de contar con
mediciones protocolizadas en el Sud América y se decidió en el LAHV-CCT Mendoza comenzar las
gestiones y desarrollos de una estación de mediciones de Iluminación y Radiación solar Clase
Básica para ser parte de la red mundial de las estaciones IDMP. El desarrollo de la estación fue
llevada a cabo con la colaboración del Dr. Ernesto Betman y bajo el asesoramiento del Dr. Marc
Fontoynont y el Dr. Dominique Dumonier (Coordinador del Programa IDMP de la CIE). En Diciembre
de 1999 nuestra estación fue incorporada a la red mundial dependiente de la CIE, siendo ésta la
primera estación homologada a las estaciones IDMP en funcionamiento en Argentina y en Sud
América.
METODOLOGÍA DE MEDICIONES
Las mediciones se efectúan con un sistema automático de recolección de datos, operados con un
sistema operativo que es interrogado en tiempo real a través de su dirección IP y los datos son
almacenadas en PC a través de un puerto serie. Cuatro sensores (Tabla 1) registran
simultáneamente y minuto a minuto:
PARÁMETRO
TIPO DE SENSOR
Radiación Horizontal
Global
Piranómetro EPPLEY 848
Radiación Horizontal
Difusa
Piranómetro EPPLEY 848 + banda de sombra
Iluminancia Horizontal
Global
Fotómetro Licor 210 SA
Banda de sombra
NO
SI
NO
Iluminancia Horizontal
Difusa
Fotómetro Licor 210 SA +
banda de sombra
SI
Tabla 1. Parámetros medidos y características de los sensores.
Todos los parámetros mencionados son registrados siguiendo las condiciones estipuladas por la
CIE (CIE, 1994). La base sobre la que están los sensores se encuentra en una plataforma
construida para la estación en el techo de uno de los edificios de dos pisos del CCT CONICET
Mendoza, el que posee mejor despeje de visión de cielo sin obstrucciones. (Fig. 1).
Figura 1. Ubicación de la estación y visión de cielo de la misma.(latitud 32°53'52.83"S, longitud
68°52'31.30"O).
Las mediciones de irradiancia difusa e iluminancia difusa se toman con banda de sombra de 39 cm
de radio y 8 cm de ancho. Debido a que estas bandas de sombra ocultan al sensor parte del cielo
se aplican coeficientes de corrección (LeBaron et al., 1990). Todos los datos son chequeados de
acuerdo a los controles de calidad establecidos por la CIE (Tregenza et al., 1994).
REPRESENTACIÓN DE LOS DATOS MEDIDOS EN LA ESTACIÓN DE MEDICIONES CCT
CONICET, MENDOZA, ARGENTINA.
Las mediciones de Iluminancia Horizontal Global y Difusa pueden ser representadas de distintas
maneras (Dumortier, 1997) una de ellas consiste en graficar los resultados de los valores medidos
(Iluminancia Horizontal Global e Iluminancia Horizontal difusa respectivamente) medios, máximos y
mínimos para los tres meses representativos: Julio (invierno), Abril (estación media) y Enero
(verano) en valores mínimo, la media y el valor máximo (Fig. 2). El segundo modo de
representación utiliza las líneas de iso-kilolux para el año completo y las horas de un día. En la
figura 3, la isolinea correspondiente a los 10klux está marcada con trama punteada.
Figura 2. Valores medidos por la Estación CCT CONICET Mendoza, estacionales.
La tercera representación muestra la posibilidad de un valor determinado de iluminancia exterior de
ser excedido, de esta forma se conoce el valor de Iluminancia exterior necesario para que un
determinado diseño permita un nivel mínimo requerido para la tarea visual en un local interior,
ingresamos a los gráficos de la figura 4, se conoce el porcentaje en el que dicho valor será
excedido.
Ilum ina nc ia Hor izonta l Globa l. M e ndoza
Pos ibilidad de que un nive l s e a
e xce dido (%)
(K lu x, e s c a la lo g a ritm ic a )
100
90
80
70
60
R 2 = 0 ,9 9 8
50
40
R 2 = 0 ,9 9 8
30
20
10
0
1
10
100
Ilum ina nc ia Hor izonta l Difus a . M e ndoza
Pos ibilidad de que un nive l s e a
e xce dido (%)
(K lu x, e s c a la lo g a ritm ic a )
100
90
R 2 = 0 ,9 9 9
80
70
60
50
40
30
20
R 2 = 0 ,9 9 9
10
0
1
10
Figura 3 (Izq.) Isolux de Iluminancia Horizontal Global (superior) e Iluminancia Horizontal difusa (inferior) para
Mendoza. Figura 4 (der.) Los gráficos muestran la posibilidad de que un determinado valor de Iluminancia se
ha excedido (%). Iluminancia Horizontal Global (arriba) e Iluminancia Horizontal difusa (abajo) para Mendoza.
La curva en color rojo considera los valores correspondientes a todo el día solar. (Amanecer hasta anochecer)
y la verde indica el período horario de aulas (8hs a 18hs).
100
ANÁLISIS DE DATOS UTILIZADOS POR MODELOS DE CÁLCULO PREDICTIVO DE USO DE
ILUMINACION NATURAL EN ESPACIOS.
La última década ha sido testigo de múltiples avances en la forma de analizar numéricamente el
comportamiento general de la iluminación natural en los diversos espacios. Se destaca la aparición
de un nuevo paradigma dinámico. Éste incorpora el uso de archivos climáticos y distribución de
luminancia de generando un análisis predictivos anual de mayor precisión del factor iluminación
natural. El entorno de simulación empleado por este nuevo paradigma es DAYSIM (v3.1e beta), una
herramienta basada en RADIANCE y emplea métodos de optimización del cálculo de iluminancia y
distribución de luminancia bajo para distintos climas ±información climática del sitio en estudio- a lo
largo del año, bajo el Modelo Pérez de Cielo. Aporta diferentes métricas dinámicas para el análisis
el factor de iluminación. La justificación del uso de DAYSIM, se debe a limitaciones encontradas en
software similares como EnergyPlus (Versage, Melo y Lambert, 2010; Ramos y Ghisi, 2010), que
demuestran que el algoritmo empleado por esta herramienta sobre estima los valores de iluminancia
para los puntos más lejanos a los aventanamientos. (Monteoliva, 2013).
IMPACTO DE LAS BASES CLIMÁTICAS ANALIZADAS EN LA PREDICCIÓN DEL FACTOR
ILUMINACIÓN NATURAL.
Con el objetivo de analizar comparativamente los datos utilizados para el cálculo en las métricas
anteriormente mencionadas, de las variables irradiancia directa (IDirecta) e irradiancia difusa
(IDifusa) de las bases ARG_MendozaMN6 y ARG_MendozaCCT, se analiza el impacto de las
bases climáticas y sus diferencias con las mediciones terrestres. Para ello, fue empleado el
simulador DIVA (Reinhart et al., 2011). Ésta es una herramienta para la simulación del
comportamiento de la iluminación natural y rendimiento energético a través del software de
modelado NURBS Rhinoceros. Al igual que su antecesor DAYSIM (Reinhart, 2010), ambas
herramientas de simulación del factor iluminación natural son basadas en RADIANCE (Ward &
Rubinstein, 1988; Ward, 1994) empleando el concepto de coeficiente de iluminación natural (DC)
(Tregenza & Waters, 1983; 1987) y el modelo de cielo de Pérez (Perez et al., 1990; 1993).
Actualmente estas herramientas son usadas para la certificación internacional de normas LEED y
Colaboración para Escuelas de Alto Rendimiento (siglas en inglés CHPS).
CASO DE ESTUDIO
El modelo empleado corresponde a un aula de la Esc. República de Chile Nº 1256 (Mendoza,
Argentina). Presenta las siguientes características: orientación N-S. El sistema de iluminación
natural consta de una superficie vidriada ubicada en la fachada (S), a la altura de visión,
aproximadamente un 90% del largo de la misma. En relación a los aventanamientos de la fachada
(N) se ubica en la parte superior y se encuentra parcialmente obstaculizado por arbolado exterior de
especie ciprés. Conífera de hojas perennes y porte piramidal. La relación entre la superficie vidriada
(SV) y la superficie del piso o área cubierta (SC) es del 19% (figura 5).
Figura 5. Aula perteneciente a la Escuela República de Chile Nº 1256 (Mendoza. Argentina)
A continuación se detallan los parámetros ópticos de los materiales, los cuales fueron
tomados de las normas y criterios vigentes para la edificación de espacios
educativos (tabla 2).
Factores de reflexión de las superficies interiores del local
Materiales RADIANCE (*.rad)
Cielorraso
70 ± 80 [%]
beige paint LBNL 2k216
Muros
40 ± 60 [%]
beige 2k210 LES091
Solados
10 ± 30 [%]
beige-brown 3k313 LES091
Grillado en el Plano Útil* (IRAM AADL J 20 02)
Cantidad de puntos calculados por la formula aportada por la normativa
(12) puntos (4 x 3)
Plano de Trabajo
H= 0.8 mt
* Plano útil se considera la zona del plano de trabajo, determinadas por las líneas trazadas a 1m de la pared
Tabla 2. Propiedades ópticas de los materiales y características del grillado en el plano útil
Parámetros de simulación. Los parámetros utilizados fueron los correspondientes a un escena
simple (ab) 5; (ad) 1000; (as) 100; (aa) 0.1; (ar) 300; (dt) 0; (ds) 0; Formato de archivo DDS;
Ocupación del espacio 8:00 a 18:00 (DGE, 2012). Para el pos-procesamiento estadístico fue
empleado SeasonSIM (Monteoliva & Pattini, 2014).
RESULTADOS
1. Análisis de las variables irradiancia directa (IDirecta) e irraiancia difusa (Idifusa) de las
bases ARG_MendozaMN6 y ARG_MendozaCCT.
Para evaluar las diferencias existentes entre las bases climáticas ARG_MendozaMN6 y
ARG_MendozaCCT se tomaron como referencia las irradiancias directas (IDirecta) y difusas
(IDifusas). Estas variables corresponden a los input requeridos por el simulador para la generación
de las condiciones de cielo (Monteoliva & Pattini, 2013) (figura 6).
Figura 6. Datos Climáticos obtenidos de las bases climáticas (a) ARG_MendozaMN6 y (b)
ARG_MendozaCCT (base climática generada desde la Estación CCT CONICET Mendoza).
Como resultados se obtienen diferencias significativas entre ambos paquetes climáticos tanto en
variable IDirecta (U= 37741817.0, p = .038) como en la IDifusa (U= 35974862.0, p= .000); siendo
IDirecta promedio (IDirectaprom) en ARG_MendozaCCT (251.36) un 13% superior
ARG_MendozaMN6 (221.89 W/m2). Por otra parte, esta última base, sobrestima los valores de
IDifusa promedio (IDifusaprom) un 24% en relación a la primera (ver tabla 3).
Estadísticos
ARG_Mendoza_MN6 [ W/m2]
ARG_Mendoza_CCT [ W/m2]
la
la
a
la
Válidos
N
IDirecta
IDifusa
IDirecta
IDifusa
8760
8760
8760
8760
Perdidos
Media
Error típ. de la media
Desv. típ.
Máximo
0
221.89
3.56
333.61
1075
0
74.96
1.19
111.36
546
0
251.36
3.93
367.42
1075
0
56.96
0.9
84.37
630
a. BClimática = BC_MN6 y BC_CCT
Tabla 3. Estadísticos descriptivos IDirecta e IDifusa de las bases climáticas analziadas
2. Impacto de las bases climáticas analizadas en la predicción del factor iluminación natural.
Al realizar la simulación predictiva anual, se obtienen diferencias estadísticamente significativas en
el promedio anual de las iluminancias (Eprom) de la grilla de medición (U= 36468979.0, p= .000);
obteniendo bajo la
condición climática de ARG_MendozaCCT una Eprom un 17% (548.35 lux) superior a
ARG_MendozaMN6 (464.85 lux). Desde el punto de vista de la iluminación, el clima luminoso de
Mendoza como gran parte del territorio nacional presenta características de cielo claro. Este tipo de
cielo se caracteriza por una distribución de luminancia no uniforme. Corresponde a un cielo azul sin
nubes, donde los valores máximos de luminancia se encuentran en la posición del sol y las
porciones más próximas a él (circunsolar) mientras que las mínimas (parte más oscura del cielo) se
encuentra a 90º de la posición del sol. Presenta generalmente valores de iluminancia global
máximos medios de 90.000 lux en verano y de 30.000 lux en invierno. Esta importante diferencia
(60.000 lux) lleva a reconsiderar el análisis predictivo propuestos por los métodos actuales basados
en el promedio anual (Monteoliva, 2014). Al ser dinámica la fuente natural presenta diferentes
períodos que pueden ser caracterizados por las horas de disponibilidad de radiación solar (HsDRS).
A partir de este criterio, el año puede ser dividido en tres períodos principales de ocho horas, doce
horas y catorce horas (tabla 4) correspondientes al solsticio de invierno, equinoccio otoño-primavera
y solsticio verano, respectivamente.
Período Valor Central
1
Especificaciones
Solsticio Verano (21 de Diciembre)
Del 6 de Noviembre al 5 de Febrero
Equinoccio Otoño ( 21 de Marzo)
Del 6 de Febrero al 5 de Mayo
Equinoccio Primavera (21 de Septiembre)
Del 6 de Agosto al 5 de Noviembre
Solsticio Invierno (21 de Junio)
Del 6 de Mayo al 5 de Agosto
2
3
HsDRS
14hs
12hs
8hs
Tabla 4. Criterio empleado para la agrupación anual en períodos
A partir de ello, se propone un nuevo análisis comparativo de las grillas de medición, en los
principales periodos correspondientes al solsticio de verano (periodo 1) y solsticio de invierno
(periodo 3), del indice ajustable de iluminación natural útil (aUDI500-2500lux) (Monteoliva & Pattini,
2013). Como se puede observar, a dividir el estudio por periodo parcial observamos diferentes
impactos. Es decir, durante el periodo estival la diferencia promedio del aUDI 500-2500 lux entre las
condiciones climáticas ARG_MendozaMN6 y ARG_MendozaCCT es del 24%, mientras durante el
periodo invernal, estas diferencias se reducen al 10%. Sin embargo, en ambos periodos se produce
una sobrestimación de los valores a partir del uso de la base climática ARG_MendozaMN6.Figura...
Diferencias porcentuales en el indicador aUDI500-2500lux entre las bases ARG_MendozaMN6 y
ARG_Mendoza CCT. (Figura 7).
Figura 7. Diferencias porcentuales en
ARG_MendozaMN6 y ARG_MendozaCCT
el
indicador
aUDI500-2500lux
entre
las
bases
CONCLUSIONES:
La definición del clima luminoso de una localidad es un punto clave para la propuesta, definición y
diseño de estrategias de iluminación natural de edificios, sin esta caracterización inicial pueden
fracasar las predicciones de aprovechamiento de luz diurna, incluso a anular todo su aporte por
disconfort asociado a deslumbramientos por parte del usuario, en particular en climas soleados. Por
lo que se considera un paso importante contar con datos sistemáticos y controlados de iluminancia
exterior a nivel local.
Por otra parte en la actualidad, las herramientas de simulación predictiva pueden modelar con
precisión el comportamiento de la iluminación natural en los espacios interiores, disminuyendo la
demandan y el empleo de modelos a escalas. Sin embargo requieren nuevos parámetros para la
obtención de datos de precisión (Monteoliva, Villalba & Pattini, 2012). Éstos se basan en la correcta
descripción y caracterización de la fuente de luz -global y directa- (Pérez et al, 1993). Por esta
razón, la disponibilidad de datos de la distribución de radiación solar global, resulta
fundamentalmente importante. Sin embargo, la mayoría de los científicos y proyectistas abocados al
estudio de la iluminación natural en cielos claros no disponen de estos datos para su localidad
(Mardaljevic, 2000).
Como fue analizado, el uso de bases climáticas no es un dato menor. En trabajos previos realizados
(Raichijk, 2009; Monteoliva, Villaba & Pattini, 2012) se han encontraron una sobrestimación del
recurso solar por parte de los paquetes climáticos de datos satelitales (ARG_MendozaMN6). En
este trabajo en particular al analizar las bases climáticas ARG_MendozaMN6 y ARG_MendozaCCT
(Estación terrestre CCT CONICET Mendoza), se obtuvieron diferencias entre las variables IDirecta
(-13%) e IDifusa (24%) las cuales impactaron en un análisis predictivo posterior del factor
iluminación natural.
Si bien como muestra este trabajo en el caso de estudio efectuado, en un primer análisis anual,
estas diferencias en el índice ajustable de iluminación natural útil (aUDI500-2500lux) fueron del
12%, al profundizar en los periodos estacionales, estas alcanzaron el 24% durante el periodo
estival. La importancia contemplar estas diferencias radica, no sólo en la predicción de valores
mínimos y máximos; sino también, y fundamentalmente, en la elección y diseño de estrategias de
control solar (Pattini, 2009).
AGRADECIMIENTOS: Los autores agradecen la colaboración del Dr. E. Betman en el diseño,
tecnología y mantenimiento del sistema de medición de la estación de iluminación natural.
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0DUFHOR(VS,QJ5RVVL$QGUHD\(VS,QJ%RFHUR5RGROIR³Sistema Híbrido
de Energía SDUD 6LVWHPD GH ,OXPLQDFLyQ FRQ /HG´ (UTN FRBB GESE
(Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Bahía Blanca Grupo de
Estudios Sobre Energía)
RESUMEN:
El trabajo tiene como objetivo informar de aspectos de cálculos previos y exhibir aspectos de
montaje del aerogenerador de un sistema híbrido de energía para energizar un sistema de
iluminación de led.
La propuesta es:
Etapa 1: provisión, instalación y configuración de equipamiento para la puesta en servicio del
sistema.
Etapa 2: provisión, instalación de equipamiento para la medición y registro de variables físicas y
eléctricas con posibilidad de monitoreo a distancia vía internet.
El conjunto de dispositivos interconectados serán: un aerogenerador tipo savonius, dos paneles
solares, conexión eléctrica de red convencional, sistema de iluminación pública con led con
consumo entre 500 y 1000 w.
El sistema de generación eléctrica híbrido, que propuso el GESE, se está desarrollando en el
shopping Bahía Blanca, y los datos de los elementos constituyentes del sistema son: un
aerogenerador marca Helix Wind modelo S322, dos paneles solares de 46 W c/u y conexión a red
eléctrica de distribución de la zona.
La acumulación de energía se realizará con un banco de baterías de ciclo profundo y para la
interconexión se construyó un regulador y un sistema ondulador para conexión al sistema.
Las baterías de ciclo profundo son de 6V de tensión nominal y una capacidad de 225Ah. Los
espesores de placas no son menores que 2 mm, de electrolito líquido, deberá estar de acuerdo a lo
requerido por la Norma IRAM 2119/55 y Normas mencionadas en la misma. La Expectativa de vida
útil es de 10 años a flote y 25 ºC, siendo el porcentaje semanal de auto descarga máx. del 1.0 %.
Los trabajos efectuados comenzaron con la evaluación de los recursos eólicos y solares en la zona,
determinación del pack de baterías y análisis del comportamiento del sistema. Diseño del regulador
y el ondulador y montaje de los equipos.
Palabras claves: energía ± distribuida ± eólica ± solar ± hibrido
INTRODUCCIÓN
Los siguientes pasos se han cumplimentado a la fecha (correspondientes a etapa 1 e inicio de etapa
2):
1. Análisis de los recursos zonales, eólico (con datos propios) y solar.
2. Configuración del sistema
3. Recinto contenedor de los sistemas y los acumuladores de energía
4. Parámetros eléctricos del sistema y puesta a tierra
5. Contaminación Evitada
6. Verificación de frecuencias de vibración del aerogenerador por rotación
7. Ensayo de las baterías elegidas
8. Desarme aerogenerador y verificación de rodamientos y estado general después de largo periodo
embalado. Montaje aerogenerador.
Destacamos en este trabajo las etapas previas al montaje en cuanto al cálculo y propuestas que en
principio con el montaje del aerogenerador mostraron resultados positivos.
Estas etapas preparatorias muestran una preocupación por el análisis dinámico de la torre soporte
con una verificación de velocidad de rotación mediante las curvas generales relacionadas al
coeficiente de Best.
Al mismo tiempo el análisis de viento en nuestra zona con datos aportados por una torre ubicada en
38°44'14.89"S, 62°26'59.15"O frente al mar en zona límite del partido de Villarino con el de Bahía
Blanca. Dado que los valores de viento en magnitud y dirección se midieron a dos alturas se tomó el
valor correspondiente a 20 mts.
El trabajo actual tiene como objetivo la búsqueda de la auto sustentabilidad a través de energías
renovables logrando que la construcción sea mas amigable con el medio ambiente que la rodea.
Los sistemas híbridos de energía (HPS), son mayormente orientados a la generación de electricidad
como sistemas autónomos. Pueden estar conformados con una combinación de fuentes de energía
renovables y generadores convencionales ó energías renovables con conexión a red eléctrica.
Es posible considerar sistemas de generación eólico-diesel-acumulación de energía ó puede estar
conformado por energías renovables: solar-eólica ó solar-eólica-biomasa.
El propósito de estos sistemas es producir tanta energía como sea posible de las fuentes
renovables manteniendo al mismo tiempo una aceptable calidad de la energía y suministro fiable.
Permiten el ahorro de combustible, por lo que los costos de generación son más bajos, y esto
equilibra los altos costos de inversión para los generadores de energía renovable, controladores de
carga, unidades de almacenamiento, convertidores, etc
Una tecnología de sistema de energía híbrido exitosa debe proporcionar condiciones a los sistemas
de suministro de energía de diseño que sean a la vez costo-competitiva y fiable. La fiabilidad de
HPS (Sistema Híbrido de Potencia) es un requisito esencial por las condiciones particulares de las
zonas a instalarse. Los componentes utilizados en HPS deben ser de plataforma estándar.
Fig 1 Componentes básicos de un sistema híbrido
La medición de los recursos y la evaluación adecuada del mismo son vitales para el proyecto. El
análisis adecuado de los recursos determina no solo la viabilidad económica del proyecto, la
elección técnica de los equipos constitutivos sino también el cálculo de los elementos y la ubicación
del sistema [1].
Descripción de las Evaluaciones Previas y el Sistema Sustentable
1. Análisis de los recursos zonales
a) Recursos Eólicos (Datos GESE FRBB)
Fig. 2a Distribución de Frecuencia a 20 mts
Fig. 2b Rosa de los vientos. Color negro: % del
total de energía ± Gris: % del tiempo Total
Aspectos importantes de las mediciones zonales:
a. Tiene una marcada preponderancia del sector nor-noroeste. La magnitud de viento es también
alta de ese sector. Esto ocurre en todos los periodos estacionales.
b. La velocidad media (5.5 m/s) > 5.3 m/s es razonable para la mayoría de los aerogeneradores
pequeños.
b) Recursos Solares
Según los datos existentes en la actualidad el mapa solar de la Argentina verano, invierno y total
sería:
Fig. 3 Recurso solar anual en nuestra zona (Homer Energy®)
2. Configuración del Sistema
Se dispone de un aerogenerador vertical del tipo helicoidal de 2.5 KW trifásico, dos paneles
fotovoltaicos de 46 Watts c/u y de 12 baterías marca Trojan modelo T105 dando un banco compacto
de 24 ó 36 Vcc de 12 baterias de 220 Ah por lo que la disponibilidad es de una potencia de 720 W
durante 20 hs.
La siguiente tabla sintetiza el listado de elementos disponibles:
Tabla 1 Elementos requeridos para el sistema propuesto
La configuración del sistema se exhibe en la figura siguiente:
Fig. 4 Configuración del Sistema
3. Recinto Dispositivos y Acumuladores
El contenedor se construyó de tal modo que su resistencia y seguridad garantizan la estanqueidad y
su ventilación adecuada para el venteo de posible emisión de gases. Se dispuso de puesta a tierra y
energía de red en el recinto.
Con fines de estudio el techo es rebatible dando la posibilidad de acceso a dispositivos de medición
y observación directa de los alumnos.
Se dejó preparado para un sistema renovable de calefacción con sistema solar-térmico en invierno y
un sistema de refrigeración en verano.
Se construyó con una platea de hormigón con cordón perimetral de una altura de 50 mm, de
manera de contener un posible derrame de líquidos provenientes de las baterías.
La platea tiene una pequeña caída hacia uno de sus vértices, y cuenta con una rejilla conectada al
H[WHULRUSRUPHGLRGHXQFDxRGHò´FRQXQa canilla para desagotar posibles inundaciones internas.
Tiene en su parte superior, rejillas de ventilación de 600 mm de largo x 150 mm de alto, para cada puerta. El
alto interno del recinto es de 1800 mm, para permitir el ingreso del personal para mantenimiento del
sistema.
Fig. 5 Recinto y torre soporte del aerogenerador
4. Parámetros Eléctricos del Sistema y Puesta a Tierra
Considerando los recursos eólicos y solares de la zona, el uso de los equipos mencionados
inicialmente: Aerogenerador Helix Wind de 2.5 kW y dos Paneles solares de 46 w, se obtuvo el
siguiente resultado:
Tabla 2 Producción por componente y análisis del uso de la energía
Se verifican las estadísticas mensuales como verificación del pack de baterías.
Se utilizó cable de Cu 35 mm2 con jabalina de cobre alma de acero de 2.5 m simplemente enterrada
con cámara de inspección. Se aseguró un valor menor a 2 ohms.
Fig. 6a Estadística mensual del estado de carga
de las baterías (Homer Energy®)
Fig. 6b Histograma de la frecuencia (%) vs
estado de carga (%)(Homer Energy®)
Fig. 6c Datos de Energía, autonomía y pérdidas del pack de baterias elegidos
Fig. 7a Estadística mensual de producción total (kW)
(Homer Energy®)
Fig. 7b Promedio mensual de producción total (kW)
(Homer Energy®)
Los acumuladores se conectaron en paralelo de dos series de 6 (36 V) acumuladores. Los cálculos
indicaron la autonomía, capacidad nominal, pérdidas y expectativa de vida entre otros datos.
5. Contaminación Evitada
Fig. 8 Contaminación evitada por el sistema
6. Verificación de frecuencias de vibración del aerogenerador por rotación
Dada la falta de datos del equipo Helix Wind respecto a su velocidad y considerando la factibilidad
de uso de una torre metálica para su soporte, se verifica la velocidad de rotación del mismo y se
calcula la frecuencia de vibración mecánica a la que será sometido el sistema.
El cálculo se efectúa basándose en los aspectos aerodinámicos del equipo. Considerando el
FRHILFLHQWHGHSRWHQFLD³&S´TXHSHUPLWH presentar las principales características de las hélices de
GLIHUHQWHVDHURJHQHUDGRUHV>@HQFRPELQDFLyQFRQRWURLPSRUWDQWHSDUiPHWURDGLPHQVLRQDO³Ȝ´
cuya relación se lee en la siguiente ecuación:
Dónde:
(1) 1Ȧ RȜ = V
R = radio de la hélice en m
= velocidad angular en s-1 Ȧ
'HDFXHUGRDODILJXUDVLJXLHQWH³Ȝ´FRPELQDODVYDULDEOHVPiVLPSRUWDQWHVGHOGLVHxRGHPRGRWDO
que el comportamiento de cualquier hélice queda totalmente definido al representarse el coeficiente
GHSRWHQFLD³&S´HQIXQFLyQGHODUHODFLyQGHYHORFLGDGHV³Ȝ´
Por lo tanto conociendo este coeficiente Ȝ se determina la velocidad de rotación del equipo ya que
estará relacionado con la velocidad del viento, el diámetro del rotor y el coeficiente mencionado.
Como se observa en la ILJXUDSDUDHVWRVHTXLSRVHOYDORU³Ȝ´HVWiHQWUH\\VL
consideramos el viento entre 5 y 12 m/s (siendo este último poco probable) podremos determinar la
velocidad del equipo.
6LREVHUYDPRVODILJXUDYHPRVTXHXQ³Ȝ´GHKDUtDTXHHOHTXLpo presente un Cp = 0 y dada la
ecuación siguiente:
(2) 3P = 0.5 Cp A vį
Con: A = área de barrido de los álabes; į = densidad del aire y v = velocidad del viento en m/s
Fig 9 Coeficiente de potencia vs ʄ - la zona demarcada corresponde al valor de 0.ϵчʄчϭ͘ϭ
Datos del Aerogenerador
H = 2.62 m (altura)
D = 1.3 m (diámetro)
G = 135 kg (peso)
A = 3.19 m2 (Área de
barrido)
La velocidad del viento en (km/h) será:
v ( v) = 3.6 v (km/h)
(3)
De acuerdo a la siguiente ecuación obtendremos la velocidad de rotación del aerogenerador
n (Ȝ,v) = Ȝ 60v/ʌ D
(4)
Mientras que la frecuencia natural de giro será:
f (Ȝ,v) = n (Ȝ,v)/60
(5)
Tomando como densidad del aire = 1.3 kg/m 3
El resultado de las ecuaciones (4) y (5) se presenta a continuación:
n (Ȝ,v) = 66.111...193.924 rpm
f (Ȝ,v) = 1.102...3.232 Hz
Dada la ecuación (2) el valor de la potencia generada será: P = 155.513...2150 w
Se estima una velocidad máxima de giro de aproximadamente 194 rpm, con una frecuencia máxima
de 3.232 Hz. Verificado el aerogenerador se constató que a 140 rpm entrega la tensión nominal de
220 V.
Fig 10 Rosa de los vientos a 20 mts y función de densidad de probabilidad de Weibull
7. Ensayo de las Baterías Seleccionadas
Después de realizar una carga de ecualización (sobrecarga hasta una tensión de 8.5 V) se efectuó
una descarga durante 20 hs hasta la tensión final de 5.25 V por batería.
Los datos fueron: tensión inicial 6.5 V ± tensión final: 5.10 V ± Tiempo de ensayo: 20 hs 30´ densidad inicial de electrolito: 1260 ± densidad final de electrolito: 1100 ± consumo 10 A/h ±
8. Desarme aerogenerador y verificación de rodamientos y estado general después
de largo periodo embalado. Montaje Aerogenerador.
Se desarmó el aerogenerador verificando estado de rodamientos y retén superior. El generador se
probó girando el aerogenerador hasta una velocidad de 200 rpm.
Se armó el mismo y se realizó el montaje.
Fig. 11b Llegada del aerogenerador para
montaje
Fig. 11a Armado del aerogenerador
Fig. 11c Montaje
Fig. 11d Aerogenerador en posición
4. CONCLUSIONES
El sistema distribuido calculado está ya instalado y se están comenzando a recibir los primeros
datos. Es dable esperar que para la fecha del Congreso se cuente con algunos datos sobre el
funcionamiento. Sin embargo el aporte del presente trabajo es el análisis previo y la decisión de
llevar a cabo el sistema que tiene objetivos múltiples: Concientizar ± educar y mostrar un sistema
funcionando en ámbito abierto y accesible con carga de luminarias de led en la red pública.
Las luminarias se encuentran instaladas sobre la calle Fragata Sarmiento (ver Fig. 12)
Fig. 12 Shopping y ubicación del sistema híbrido, marcación de viento preponderante y línea de farolas de Led sobre calle
Fragata Sarmiento.
5. REFERENCIAS.
[1] J. K. Kaldellis ± ³6WDQG-alone and hybrid wind energy systems Technology, energy storage and
DSSOLFDWLRQV´ZZZZRRGKHDGSXEOLVKLQJFRP:RRGKHDG3XEOLVKLQJ/LPLWHG(G
[2] Ricardo A. Bastianon ± marzo/2008 - http://Ricardo.Bastianon.googlepages.com/ - Cálculo y
Diseño de la hélice óptima para turbinas eólicas.
Maria Marta Herrera, Alejandro Mesa y Jimena Gómez Piovano ³PROPUESTA DE MEJORAS
TECNOLÓGICAS EN BARRIOS RESIDENCIALES DE BAJA DENSIDAD, BASADAS EN LOS
REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS ASOCIADOS A LA CLIMATIZACIÓN. Caso Área
0HWURSROLWDQDGH0HQGR]D$00´ INCIHUSA/ CCT MENDOZA / CONICET)
RESUMEN
El presente trabajo muestra los primeros resultados de un estudio orientado a identificar y
establecer recomendaciones ante las principales problemáticas en el diseño de barrios
residenciales de la provincia de Mendoza, como así también distinguir la influencia que tienen en el
cambio climático. Se analizaron las diferentes variables significativas a partir de la caracterización
de situaciones típicas de los barrios residenciales localizados en Godoy Cruz, provincia de
Mendoza. Dicho análisis determina los requerimientos energéticos y las emisiones de CO 2
asociadas al consumo anual de gas natural para calefacción de una manzana representativa del
barrio estudiado. Los resultados obtenidos permiten identificar mejoras tecnológicas en el diseño
urbano-arquitectónico optimizando las condiciones de habitabilidad del sector residencial escogido,
contribuyendo al ahorro y la eficiencia energética, basado en los requerimientos asociados a la
climatización.
Palabras claves: cambio climático; eficiencia energética; requerimientos energéticos; sector
residencial; variables.
INTRODUCCIÓN
El rol de las ciudades en el cambio climático, en términos de mitigación de emisiones y adaptación a
los impactos locales y regionales, es un tema de creciente interés y preocupación. Esta alteración,
modifica los patrones de precipitaciones, temperaturas y demás variables climáticas (IPCC, 2007;
Ivars, 2012). Los desafíos y las oportunidades ante el cambio climático en el futuro, a largo,
mediano y corto plazo, están reconocidos como elementos fundamentales en la planificación
estratégica para el siglo XXI (Bartón, 2009), y la forma de abarcarlos y planificar, es a través de la
mitigación y la adaptación. Uno de los aspectos de gran importancia sobre este tema, el cual se
plantea en el presente trabajo, es el referido a la disminución de las emisiones asociadas a la
quema de combustibles de origen fósil, relacionada a la climatización del sector residencial urbano,
donde el ahorro de energía y la eficiencia en su consumo, son una alternativa posible. Al analizar el
problema energético, se debe pensar en reducir el consumo de energía, sin disminuir la calidad de
vida. Esto se logra haciendo más eficiente el uso de la misma ya que es factible aminorar la energía
que se necesita para acondicionamiento artificial, mejorando la eficiencia energética de la
envolvente (Martínez, 2012). El consumo energético residencial guarda una estrecha relación con
las condiciones climáticas del lugar, principalmente porque la climatización representa la mayor
proporción del mismo, y por ello, las variaciones que inevitablemente producirá el cambio climático
deben ser tenidas en cuenta en planificaciones a largo plazo. Es por esto que es necesario para
avanzar hacia la sostenibilidad, el estudio sobre el futuro desarrollo de las áreas urbanas.
7
En este contexto, en la provincia de Mendoza, desde el año 1947 aproximadamente hasta nuestros
días, se entregan viviendas de carácter social realizadas por el Instituto Provincial de la Vivienda
(I.P.V) donde luego de 67 años, se siguen repitiendo modelos con las mismas características
constructivas, sin tener en cuenta las particularidades de cada sitio y los cambios que se están
produciendo a nivel ambiental. Por este motivo, el objetivo del presente trabajo es determinar las
principales problemáticas existentes en la envolvente de los barrios construidos por el I.P.V, en el
Departamento de Godoy Cruz, analizando las variables significativas que se presentan en las
diferentes exigencias del cambio climático, con el fin de proponer modificaciones aplicables tanto a
7
Fuente: SIGIV ± I.P.V MENDOZA.
http://www.ipvmendoza.com.ar/institucional/publicaciones/HistoricoIPV/GODOYCRUZ.jpg
las construcciones existentes como a los nuevos proyectos, que no requieran de grandes
inversiones, y poder así mejorar el comportamiento termo-energético del sector.
CASO DE ESTUDIO
Análisis de macro escala
El Área Metropolitana de Mendoza (AMM) está compuesta por 6 regiones político administrativas
distintas pero continuas en el territorio (Ciudad de Mendoza, Godoy Cruz, Guaymallén, Las Heras,
Luján y Maipú) inserto en un oasis de riego en una zona árida al pie de la Cordillera de los Andes.
En los últimos años, entre 1983 y 2010 el AMM ha incrementado su superficie urbana en 166%
mientras que el crecimiento poblacional fue del 41%. La expansión urbana está asociada tanto al
crecimiento de la trama existente, como también a la inserción de urbanizaciones cerradas tipo
country o las de intervención estatal a través del I.P.V.
Un ejemplo de dicho proceso se manifiesta en el departamento de Godoy Cruz. El mismo tiene una
población total de 185.765 habitantes y el crecimiento poblacional en los últimos dos periodos
censales fue del 2%, para cada ciclo. La mayor parte de su superficie es urbana y la actividad
preponderante es la residencial, a la vez que existen distintos polos comerciales. A través de los
años la intervención estatal ha marcado el crecimiento del sector con la construcción de diversos
barrios para sectores tanto de clase media como baja. Esto da como resultado que el 44% de la
superficie edificada del departamento fue erigido bajo ejecución estatal. Actualmente, en la trama
coexiste un abanico de tipologías edificatorias. En este trabajo centraremos el análisis en aquellos
barrios cuya tipología es la de viviendas apareadas de una planta, con techo de losa alivianada sin
aislación térmica y muros de ladrillo revocado. Dicho modelo constructivo es el más característico y
representa a casi el 40% de la superficie construida por el estado.
Fig. 1. Departamento de Godoy Cruz. Barrios analizados
Análisis de micro escala
Dentro de este marco se analizó en forma particular, un sector de los barrios que conforman
CO.VI.MET I, II y III (Fig.2), construidos entre los años 1980 y 1990, por el IPV en Godoy Cruz. El
sector mencionado cuenta con 83 viviendas distribuidas en dos manzanas, conformadas por dos
tipologías barriales apareadas (Fig.3), escogidas por su representatividad en cuanto a la cantidad
de barrios con características constructivas similares, dentro del AMM.
Fig. 2. Izq. Sector analizado. Der. Barrios CO.VI.MET I, II y III.
2
Las viviendas cuentan con una superficie de 75m , compuestas por estar-comedor, cocina, baño y
tres dormitorios (Fig. 3). Las características constructivas de su envolvente son cubiertas planas de
losa alivianada, cerramientos verticales de ladrillón de 20cm con revoque en ambas caras y
carpinterías metálicas.
Fig. 3. Tipología Original de Viviendas Apareadas.
La clasificación bioambiental de la zona según la Norma IRAM 11603 es templado de un clima frío
de montaña. Las temperaturas Máximas rondan en los 32°C mientras que las mínimas en los 2.4ºC
(Fig.4). Asimismo, el valor de los Grados-día anual de calefacción para una temperatura base de
18ºC es de 1384. En la figura 4 se presentan las temperaturas medias mensuales que indican
inviernos severos, donde la necesidad de calefacción es imperiosa.
Fig. 4: Temperaturas promedio mensuales para la ciudad de Mendoza.
METODOLOGÍA
Para identificar las principales problemáticas que existen en el diseño urbano del sector
seleccionado se determinaron en primer lugar los requerimientos energéticos de dos manzanas
representativas de dicho sector (Fig.5) y posteriormente, las emisiones de CO2 generadas por
la energía requerida, asociada a la climatización interior.
Fig. 5. Manzanas Analizadas
Las variables que se consideran generalmente para lograr diseños de barrios más eficientes y
habitables en el marco de la sostenibilidad son: la influencia de la orientación en la ganancia solar y
aprovechamiento de las brisas; el correcto diseño de viviendas con premisas bioclimáticas y la
utilización de materiales y/o tecnologías que permitan mejorar la eficiencia de las construcciones.
Debido a que el presente estudio analiza un barrio ya edificado, se consideró tomar esta última
variable, ya que permite dar una solución factible, rápida y eficiente a cualquier sector urbano ya
construido.
Para evaluar el comportamiento térmico±energético de la envolvente de cada manzana, se utilizó el
Método Los Alamos National Laboratory de la Universidad de California, LANL (Balcomb et al.,
1982). Este modelo permitió calcular las pérdidas de energía que se producen a través de la
envolvente. Para ello, se realizaron diferentes ensayos. En una primera instancia, se tuvo en cuenta
solo la mejora de la aislación en las cubiertas, donde se aplicaron diferentes espesores de
poliestireno expandido. Luego se recurrió a la aislación solo de la envolvente vertical opaca y por
último se analizaron los resultados empleando solamente Doble Vidriado Hermético.
Para determinar la carga térmica anual de las manzanas con el fin de utilizarla para calcular la
cantidad de emisiones de CO2 que el sector analizado produce, se empleó una la metodología de
cálculo de la norma IRAM11604.
Por último, la metodología utilizada para el cálculo de emisiones de CO2 surge de la Guía práctica
para el cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero (2012; 13-14). Esta guía está pensada
para facilitar la estimación de emisiones. Con ella se consigue evaluar la reducción de las mismas,
que puede esperarse cuando se implanta una acción de mitigación. También permite el cálculo
asociado al consumo de energía, a través de la aplicación de un factor de emisión de acuerdo con
el tipo de combustible o fuente de energía.
RESULTADOS
Teniendo en cuanta la forma y la tecnología empleada, se calcularon las pérdidas de energía a
través de la envolvente por medio del coeficiente neto de pérdida total (CNP) del sector urbano
analizado.
Tabla 1. Coeficiente Neto de Perdida (CNP) de las manzanas analizadas.
MANZANAS
Km
Kt
Kv
Area
Manzana 1
Perimetro Tºma
1584.9
15.9 1384
ºD
2.41
3.07
5.78
5326.8
Volumen CNP W/k total
15980
32281.51
Manzana 2
1854.5
15.9 1384
2.41
3.07
5.78
5677
17031
35549.05
Ref. Tºma (Temperatura media anual); ºD (grados días); Km (Transmitancia térmica de los cerramientos opacos (muros));
Kt (Transmitancia térmica de los techos); Kv (Transmitancia térmica de las ventanas); CNP (coeficiente neto de pérdida)
Los valores de Perímetro, área y volumen corresponden al sector construido.
Considerando los resultados del análisis de las manzanas en su estado actual, se pudo determinar
las diferentes alternativas al tipo de cerramiento exterior utilizado y así reducir las de ganancias y
pérdidas de calor a través de la envolvente.
Se plantean las siguientes opciones:
1- Cubiertas con aislación de poliestireno expandido de tres espesores diferentes: 2,5 cm; 5
cm y 10 cm.
2- Ventanas de doble vidrio (DVH).
3- Muros con aislación de 5 cm de espesor.
Cálculo de las pérdidas de calor por la envolvente.
En la tabla 2 se observa que con la aplicación de 10cm de aislación en la cubierta, tanto en la
manzana 1 como en la 2, se logra un 44% menos de pérdidas de calor por la envolvente,
permitiendo, como consecuencia, un mayor ahorro energético. Por otro lado existe también una
significativa mejora del 27% y 28% en la aplicación de aislación en muros, sin embargo al ser un
sector ya edificado, como estrategia resulta mejor en cuanto a facilidad y rapidez, colocar
aislaciones en los techos.
Tabla 2. Resultados obtenidos por las mejoras propuestas
MANZANAS
Perimetro Tºma
ºD
Manzana 1
Actual total
Mejora 2,5cm de aislación en techo
Mejora 5cm de aislación en techo
Mejora 10cm de aislación en techo
Mejora con DVH
Mejora en muros con 5cm
1584.9
Manzana 2
Actual total
Mejora 2,5cm de aislación en techo
Mejora 5cm de aislación en techo
Mejora 10cm de aislación en techo
Mejora con DVH
Mejora aislación en muros de 5cm
Km
Kt
Kv
Area
Volumen CNP total
32281.51
2.41 3.07 5.78
15.9 1384
0.99
0.68
0.38
3.2
0.64
-
5326.8
15980
1854.5
11079.236
12730.544
14328.584
988.977
8822.057
34%
39%
44%
3%
27%
11808.107
13567.977
15271.077
1243.175
9802.915
33%
38%
43%
3%
28%
35549.05
2.41 3.07 5.78
0.99
15.9 1384 0.68
0.38
3.2
0.64
-
21201.764
19550.456
17952.416
31292.023
23458.943
Ahorro
diferencia
%
5677
17031
23740.893
21981.023
20277.923
34305.825
25746.085
Cálculo de la carga térmica anual según norma IRAM 11604, de las diferentes mejoras propuestas.
Debido a que los valores de las manzanas analizadas resultan similares, se presenta a continuación
en la tabla 3 el cálculo de las cargas térmicas anuales y los porcentajes de ahorros con las mejoras
propuestas solo de la manzana 1. Podemos observar la ventaja de la aplicación de 10cm de
aislación en la cubierta, dando como resultado un ahorro energético del 28%. Como se refleja en la
tabla, las estrategias de mejoramiento se han aplicado por separado obteniendo resultados de
ahorros en aislación de techos, muros o ventanas. Sin embargo, si consideráramos unificar dichas
estrategias se podrían mejorar aún los resultados llegando a un ahorro del 45%. Esto sería más
factible en el caso de futuros diseños urbanos.
Tabla 3. Cargas Térmicas Anuales y ahorros con las mejoras propuestas.
CARGA TERMICA ANUAL
Manzana Actual
K
2.5cm de poliestireno expandido en techo
Sup
Volumen Interior
16525
Ventanas
5.78
383.25
2215.19
G cal
2.39
Muros
2.41
4984.5
12012.65
º días
1384
3.07
5326.8
16353.28
Carga térmica anual
1.63
1584.9
2583.39
Techos
Perimetro
de piso
33164.49
Volumen Interior
16525
54579 KW/h
5cm de poliestireno expandido en techo
Volumen Interior
16525
G cal
3.06
G cal
2.29
º días
1384
º días
1384
Carga térmica anual
69913.79 KW/h Carga térmica anual
5cm de poliestireno expandido en muros
Volumen Interior
16525
52294.01 KW/h
10cm de poliestireno expandido en techo
Volumen Interior
16525
G cal
2.52
G cal
2.19
º días
1384
º días
1384
Carga térmica anual
MEJORAS
Actual
2.5cm aislación en cubierta
5cm aislación en cubierta
10cm aislación en cubierta
5cm en muro
57703.36 KW/h Carga térmica anual
Carga T. Anual
69914 KW/h
54579 KW/h
52294 KW/h
50082 KW/h
57703 KW/h
50082.33 KW/h
Diferencias
Ahorro
15334.6 KW/h
17619.99 KW/h
19831.45 KW/h
12210.43 KW/h
0%
22%
25%
28%
17%
Determinación de las emisiones de CO2 producidas por el sector analizado.
3
El consumo anual de gas natural para calefacción de la manzana en su estado actual es de 6464m ,
para llegar a este total se transformó el valor de la carga térmica anual que requiere la manzana 1
3
de 69914 KW/h necesarios para calefaccionar, a Kcal y luego a m (Tabla 4). Para esto se observó
3
en la boleta de gas de la provincia de Mendoza, donde estipula que 1m equivale a 9300 Kcal. Al
aplicar las diferentes estrategias para reducir las pérdidas de calor a través de la envolvente, se
pudo observar que la más eficiente era la aislación de 10cm en el techo con un ahorro del 28%.
Tabla 4. m3 de gas natural, según carga térmica anual.
m³
MEJORAS
KW/h
m³*
kcal
Actual
69914
60115220
6464
2.5 cm
54579.4
46929837
5046
5 cm
52294.01
44964755
4834
10 cm
50082.33
43063053
4630
5cm en muro
57703.36
49615959
5335
* 1 m³ = 9300 kcal. Según Boleta ECOGAS CUYANA
Para calcular las emisiones asociadas a la climatización interior para el periodo frío, debe aplicarse
el factor de emisión de acuerdo con los siguientes datos:
COMBUSTIBLE
3
Gas natural (m )
FACTOR DE EMISIÓN
3
2,15 kg CO2/Nm de gas natural
Entonces, para obtener la reducción de emisiones de CO2 asociada, debe efectuarse el siguiente
cálculo:
Cantidad de emisiones de la manzana analizada:
3
- Caso Actual, sin mejoras: Consumo energético = 6464 m de gas natural/año
3
3
Emisiones de CO2 = (6464 m x 2,15 kg/m ) = 13897.6 kg de CO2/año
3
- Caso Mejorado: Consumo energético = 6464 - (6464 x 0,28 ahorro) = 4630m de gas natural/año.
3
3
Emisiones de CO2 = (4630 m x 2,15 kg/m ) = 9954.5 kg de CO2/año
Por lo tanto, el ahorro de emisiones que existe entre la manzana en su estado actual y el mismo
caso mejorado con aislaciones solo en la cubierta, es de:
13897.6kg de CO2 ± 9954.5kg de CO2 =3943.1 kg de CO2/año (3.94t de CO2 /año)
Por otro lado si consideráramos el caso de aplicar aislaciones en los techos y en los muros, el
ahorro sería aún más significativo, de un 45%, permitiendo mejores resultados, reflejados a
continuación:
Cantidad de emisiones de la manzana analizada:
- Caso Actual, sin mejoras: Emisiones de CO2 = 13897.6 kg de CO2/año
- Caso Mejorado: Consumo energético = 6464
natural/año.
3
- (6464
3
x 0,45 ahorro) = 2908.8m de gas
3
Emisiones de CO2 = (2908.8m x 2,15 kg/m ) = 6253.92 kg de CO2/año
Por lo tanto, el ahorro de emisiones que existe entre la manzana en su estado actual y el mismo
caso mejorado con aislaciones en la cubierta y en los muros, es de:
13897.6kg de CO2 ± 9954.5kg de CO2 =7643.68 kg de CO2/año (7.64t de CO2 /año)
Entre ambos resultados, el segundo caso permite casi el doble del ahorro de emisiones. Cabe
destacar que el cómputo anterior es de tan sólo una manzana, pero ¿cuál sería la incidencia si esta
última estrategia fuese aplicada a una escala mayor? Para esto, utilizando la metodología de cálculo
anterior, se realizó el cálculo para todos los barrios existentes de similares características
localizados en Godoy Cruz (Fig. 6 y Tabla 5), de las emisiones producidas y ahorros energéticos
alcanzados.
Fig. 6. Barrios analizados en el de Departamento de Godoy Cruz.
SUPERFICIE TOTAL CONSTRUIDA DE GODOY CRUZ: 8.849.070m²
SUPERFICIE TOTAL CONSTRUIDA DE BARRIOS SIMILARES AL ANALIZADO: 1.448.126m²
Tabla 5. Resultados de emisiones y ahorros de CO 2 en barrios de similares características al
analizado.
Número
BARRIOS
1
SUPE
2
Gráfico S8
3
Pascual Le Donne
4
Grafico S7
5
6
7
8
Superficie Emisiones
Construida sin Mejoras
(m²)
(Ton.)
Emisiones
con
mejoras
(Ton.)
Ahorro de
emisiones
totales
(Ton.)
103.557.09
270.54
148.82
121.74
21498.89
56.17
30.90
25.27
6791.09
17.74
9.76
7.98
21640.62
56.54
31.10
25.44
América
6990.76
18.26
10.05
8.22
Judicial
19443.1
50.80
27.94
22.86
República de Brasil
33668.39
87.96
48.38
39.58
Simionato
28357.92
74.09
40.75
33.34
9
Jardín Serrano
37755.88
98.64
54.26
44.39
10
Los glaciares
15022.91
39.25
21.59
17.66
11
Augusto Timoteo Vandor
25570.56
66.80
36.75
30.06
12
Suarez
126549.03
330.61
181.86
148.77
13
Covitedyc
8046.37
21.02
11.56
9.46
14
Tossi
40025.48
104.57
57.52
47.05
15
Batalla del Pilar
89.886.63
234.83
129.17
105.67
16
6 Plan Agua y energía
38893.99
101.61
55.89
45.72
17
Juan XXIII
21083.91
55.08
30.30
24.79
18
Decavial
78.416.00
204.86
Victoriano Montes
41.602.00
108.69
112.69
59.78
92.19
19
48.91
20
21
Soeva Sur
Covimet I,II Y III
16.400.88
42.85
23.57
19.28
118576
309.78
170.40
139.40
22
Soeva II
21009.67
54.89
30.19
24.70
23
Chile
14009.92
36.60
20.13
16.47
24
Mosconi
14294.72
37.34
20.54
16.81
25
Trapiche
215.105.81
561.96
309.12
252.88
140.21
26
Fuchs
119262.24
311.57
171.39
27
Moreno
14962.24
39.09
21.50
17.59
28
Minetti
20996.96
54.85
30.17
24.68
29
La Gloria
TOTALES
128706.72
336.25
184.96
151.31
1.448.125.78
3783.23
2081.03
1702.44
El 16% aproximadamente de la superficie construida de todo el departamento de Godoy Cruz emite
3783,23 t de CO2 /año. Sin embargo, dichas emisiones se pueden disminuir un 45%, aplicando
aislaciones en los techos de 10cm de espesor y de 5cm en muros, a un valor de 2081 t de CO2
/año, es decir, generando un ahorro de 1700 t de CO2 /año.
CONCLUSIONES
En el caso del AMM, la cual ha incrementado su superficie urbana en un 166% y teniendo en cuenta
que el 44% de la superficie edificada del departamento de Godoy Cruz fue erigida bajo ejecución
estatal para realizar proyectos urbanos residenciales, se requiere de una variación en las
condiciones de habitabilidad de la población y las edificaciones, respondiendo de manera urgente a
las posibles transformaciones que plantea el cambio climático en la ciudad. Para esto, es necesario
el estudio de aspectos como la eficiencia energética y el ahorro desde el diseño y la arquitectura.
Asimismo, se debe generar un diseño urbano que permita el desarrollo de edificaciones que sean
sostenibles a largo plazo. Por ello, promover la habitabilidad basada en la eficiencia energética del
sistema edilicio es una de las intervenciones para mejorar la gestión de la energía en la ciudad.
Con el fin de reconocer los nuevos requerimientos energéticos urbano-arquitectónicos ocasionados
por el cambio climático y contribuir a una habitabilidad sostenible, el presente trabajo pretendió
determinar las principales problemáticas existentes en la envolvente de los barrios construidos por
el I.P.V, en el Departamento de Godoy Cruz, provincia de Mendoza. Analizando las variables
significativas que se presentan en las diferentes exigencias del cambio climático, se lograron
modificaciones aplicables tanto a las construcciones existentes, tales como mejoras tecnológicas en
el diseño urbano-arquitectónico, como también concientizar en la importancia que una aislación de
10cm de espesor en las cubiertas y de 5cm en muros tienen, a la hora del ahorro energético y la
disminución de emisiones de CO2, logrando mejorar así el comportamiento termo-energético del
sector. En escalas menores no se logró percibir la importancia de las reducciones que se
generaron, es por eso que se llevó a una escala de análisis urbana, para poder observar con más
claridad la importancia del ahorro.
Por lo anteriormente mencionado, existe la necesidad de dar respuesta al proceso de mitigación del
impacto ambiental de las actividades humanas sobre el medio que nos sustenta y, en especial, de
limitación de las emisiones de gases de efecto invernadero dadas sus inminentes consecuencias
sobre el clima.
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(Agencia de Protección Ambiental GCBA)
Cubiertas verdes como herramienta para la mitigación de isla de calor en áreas
urbanas de la Ciudad de Buenos Aires
Palabras clave: cubiertas verdes, isla de calor urbana, monitoreo, temperaturas superficiales de
techos
1. Introducción
Este trabajo presenta algunos de los resultados obtenidos a partir del monitoreo higrotérmico de una
cubierta verde instalada por la Agencia de Protección Ambiental, en el techo de una escuela primaria
pública de la Ciudad de Buenos Aires. El objetivo del estudio fue analizar el comportamiento de este
tipo de soluciones en relación a distintos factores ambientales de relevancia en el contexto local; y en
particular identificar la capacidad aislante térmica, inercia e impacto como moderador climático de los
techos verdes en áreas urbanas densamente construidas. En este documento, se analizan
específicamente los resultados obtenidos en las mediciones de temperatura superficial para condiciones
de verano, con el fin de evaluar el potencial de las cubiertas verdes como mitigadoras del efecto isla de
calor en periodos de altas temperaturas.
Buenos Aires, se encuentra ubicada a 34 grados latitud sur, frente a la costa Oeste del Rio de la Plata.
El clima de la región es templado subtropical, con una estación cálida prolongada y condiciones
confortables durante gran parte del año. La temperatura media estival es de 24 ºC, con máximas
promedio de 29 ºC. En invierno, las temperaturas medias no bajan de los 8 ºC y la amplitud térmica
oscila entre los 8 ºC y 10 ºC. La humedad relativa media es alta, y las precipitaciones promedio anuales
rondan los 1000 mm, distribuidas a lo largo del año, pudiendo registrarse lluvias intensas, especialmente
en los meses de verano (Delbene 2011).
Dentro de estas condiciones generales, es importante señalar que la urbanización ha introducido
modificaciones que hacen que, en particular durante las noches sin viento y escasa nubosidad, se
registren en la ciudad, temperaturas más altas que en su entorno rural. Este fenómeno conocido como
Isla de Calor Urbana (ICU), resulta perjudicial durante la época estival en climas como el de la Ciudad de
Buenos Aires, ya que la falta de refrescamiento nocturno mantiene elevadas las temperaturas,
aumentando el disconfort y el consumo de energía eléctrica para refrigeración. Estudios previos
muestran diferencias del orden de los 10 ºC de temperatura en verano entre el área central de Buenos
Aires y su entorno suburbano. (Camillioni 2010). También se han registrado variaciones de temperatura
nocturna de hasta 3.5°C entre el área central altamente edificada y los barrios de menor densidad
poblacional periféricos al centro (Leveratto 2000).
Entre las causas que provocan el fenómeno de la isla de calor, se encuentran la morfología urbana que
aumenta la cantidad de superficies expuestas a la absorción de radiación solar; el uso de materiales
constructivos con gran capacidad de acumulación de calor como el ladrillo, el hormigón, etc.; la
generación de calor antropogénico producido por el transporte, equipos de aire acondicionado, etc.; la
disminución de la evapotranspiración debido al reemplazo de espacios verdes por superficies
impermeables; la falta de ventilación por menor velocidad de vientos dentro de la trama densamente
construida; y la contaminación del aire urbano que limita la radiación del calor de la superficie hacia el
cielo (Oke 1987).
La incorporación de cubiertas con vegetación en techos de edificios modifica distintas variables
relacionadas con el comportamiento térmico de los mismos. Una de ellas es la capacidad de disminuir
las temperaturas superficiales, brindando un beneficio de relevancia cuando se requiere moderar la
conformación de ICUs. Es importante destacar que la disminución de la temperatura de una superficie
expuesta a la atmósfera, puede lograrse utilizando dos estrategias diferentes: Una es incorporando
techos de color claro, que reflejan la luz solar. Otra es, como en el caso de las cubiertas verdes, a partir
fundamentalmente de la perdida de calor latente vía evapotranspiración, favoreciendo procesos de
enfriamiento en parte de sus superficies horizontales construidas.
Estudios comparativos de temperaturas superficiales en techos convencionales y techos verdes
realizados para condiciones de verano en la Universidad Central de la Florida (EEUU) muestran
diferencias promedio diarias de hasta 22°C, donde un techo convencional con terminación en membrana
en color claro registra una temperatura superficial promedio de 54°C y la superficie expuesta de una
cubierta verde registra temperaturas promedio diarias de 33°C (Sonne 2006). Modelizaciones realizadas
en la Universidad de Princeton para el área metropolitana de Baltimore-Washington (EEUU) evalúan el
impacto de la incorporación de techos verdes y techos de color claro a gran escala en la mitigación de la
ICU, obteniendo valores de reducción promedio de 4°C durante el día de contar la ciudad con un 100%
de techos verdes (Li et al 2014). Finalmente, estudios realizados en la Universidad de Columbia
muestran disminuciones de temperatura superficiales en techos verdes de hasta 33°C respecto de una
cubierta de color negro (Gaffin et al 2010).
2. Monitoreo higrotérmico de una cubierta verde en Buenos Aires
La cubierta verde estudiada ocupa una superficie de 236 m2 y se encuentra ubicada sobre el segundo
SLVRGHOD(VFXHOD³)UHQFK\%HUXWL´HQ el barrio de Retiro. Es de tipo extensivo, con un sustrato de 15
cm de profundidad y una capa drenante de arcilla expandida de 5 cm de espesor. El espacio fue
pensado para funcionar como aula al aire libre, por este motivo, gran parte de la cobertura vegetal es
grama (Cynodon Dactylon), con canteros de borde en el que se colocan especies que aportan color,
flores y variedad al conjunto. Las especies vegetales elegidas para estos canteros son Salvias (Salvia
Guaranítica y Salvia Procurrens), Festucas (Festuca Glauca), Stipas (Nassella Tenuissima) y Lantanas
(Lantana Megapotámica). La cubierta verde cuenta también con un sistema de riego por goteo que
provee 5.6 litros de agua por m2/hora. En la Foto 1, a continuación, puede verse la ubicación de la
cubierta verde sobre el techo de la escuela, y su diseño con dos canteros laterales y el sector de grama
central.
)RWR9LVWDGHODHVFXHOD³)UHQFK\%HUXWL´FRQODFXELHUWDYHUGHLQVWDODGD)RWR*)LDOOR0RQWHUR
Como puede observarse, la terraza del edificio tiene forma simétrica, lo que permite contar con otro
sector de igual dimensión y similares características, como área comparativa para los distintos estudios
de monitoreo que este proyecto se propuso realizar.
Dentro del sector de techo con cubierta verde, y con el objeto de evaluar el comportamiento del sistema
bajo distintas condiciones de mantenimiento y humedad del suelo, se delimita un área de 51,30 m2 en la
cual no se realiza ningún tipo de intervención, eliminándose el riego artificial y permitiéndose el libre
crecimiento de todas las especies espontáneas
Estas condiciones definen tres sectores diferenciados de estudio:
-
Sector de cubierta verde con riego artificial y mantenimiento.
Sector de cubierta verde sin riego artificial ni mantenimiento.
Sector de techo tradicional con terminación de membrana asfáltica metalizada.
En el sector 1 se realiza un mantenimiento con frecuencia mensual, que incluye el corte del césped y la
limpieza general. El sistema de riego por goteo automático se encuentra, durante el periodo de
monitoreo, programado para activarse por 20 minutos cada 120 horas. En el sector 2, no se realiza
ningún tipo de intervención de mantenimiento, y se anula el sistema de riego por goteo. El sector 3
corresponde al techo existente previamente, que cuenta con una terminación de membrana asfáltica
metalizada en color claro, con rastros de polvo y sectores desgastados, condiciones bastante habituales
para techos de este tipo en la ciudad.
El monitoreo higrotérmico de esta cubierta verde propone analizar distintos aspectos relacionados con el
comportamiento del sistema (Liu 2003). Para ello se instalan diversos sensores de temperatura en cada
uno de los tres sectores estudiados, en correspondencia con la ubicación de tres aulas en el nivel
inferior. En los dos sectores con cubierta verde se instalan también sensores de humedad de suelo. Con
el objeto de contar con datos meteorológicos in situ, se instala una estación con sensores de
temperatura, humedad relativa, radiación solar directa, radiación UV, pluviómetro y anemómetro
incorporados.
Como ya se mencionó, en este trabajo solo se describirán los resultados obtenidos del monitoreo de
temperaturas de superficies exteriores, ya que el objetivo es evaluar el potencial de la cubierta verde
como moderadora de la isla de calor urbana estival. Por este motivo no se analizaran los valores
obtenidos en las capas interiores del sistema de cubierta verde, ni en los espacios interiores. En el
Gráfico 1 se muestra un corte esquemático con la ubicación de los sensores que fueron utilizados para
medir el comportamiento de las temperaturas superficiales en los tres sectores de techos estudiados.
Gráfico 1. Corte esquemático con ubicación de sensores para monitoreo de temperaturas superficiales
A continuación, se incluyen dos fotografías donde puede observarse la cobertura vegetal existente en
cada uno de los dos sectores de cubierta verde, al momento de las mediciones. Los sensores fueron
ubicados sobre el sustrato, bajo la vegetación.
Foto 2. Cobertura vegetal en sector 1: cubierta verde con Foto 3. Cobertura vegetal en sector 2: cubierta verde sin
riego en condiciones de verano (mes de Febrero).
riego en condiciones de verano (mes de Febrero).
3. Temperaturas superficiales de cubiertas verdes. Análisis de datos obtenidos
Para analizar los valores de temperatura superficial en verano, se utiliza inicialmente la información
registrada entre el 10 y el 18 de febrero del año 2013. En estas jornadas, las temperaturas máximas
promedio fueron de 30,8 °C con una humedad relativa promedio de 55%. Durante este periodo se
registraron 64 mm. de lluvias el día 10 de febrero entre las 19 y 21 hs. Debido a que el espacio donde
está instalada la cubierta verde se encuentra bastante protegido del viento, los valores medidos son
moderados (entre 3 y 4 km/h, soplando del cuadrante Este), con periodos de calma. La radiación solar
promedio fue de 818 W/m2, con una maxima de 1041 W/m2 el día 11 de febrero a las 14 hs. Los valores
de radiación solar de todo el periodo se muestran en el grafico 1, a continuación.
Gráfico 2. Radiación solar registrada entre el 10 y el 20 de febrero.
Bajo estas condiciones climáticas, se analizan las temperaturas superficiales registradas en los tres
sectores de estudio, según se muestra en los Gráficos 3 y 4. Los valores de temperatura del aire se
presentan en color rojo; los valores de temperatura superficial del techo sin cubierta verde se grafican en
color morado. En color verde claro se grafica la temperatura superficial de la cubierta verde sin riego, y
en verde oscuro la temperatura superficial de la cubierta verde con riego artificial.
Gráfico 3. Temperaturas superficiales en los tres distintos sectores estudiados. Primera semana.
Gráfico 4. Temperaturas superficiales en los tres distintos sectores estudiados. Segunda semana.
Como puede observarse, el domingo 10 de febrero, luego de una jornada de altas temperaturas, se
registra un brusco descenso de temperaturas, con lluvias. A partir del día 12 de febrero, las temperaturas
máximas vuelven a superar los 30 °C y finalmente, el lunes 18 de febrero, baja la temperatura y
comienzan jornadas más frías con cielo cubierto. Finaliza entonces el periodo de estudio, ya que el
objetivo es analizar el comportamiento de la cubierta verde en condiciones de altas temperaturas.
Es importante mencionar que el periodo analizado, tiene la característica de presentar altas temperaturas
del aire con condiciones diversas de humedad de sustrato:
-
El día 10 de febrero se registró una máxima de 32,4°C a las 15 hs., y en esta fecha el suelo del
sector sin riego se encontraba con muy bajos niveles de humedad, ya que las últimas
precipitaciones se habían registrado con diez días de anterioridad. Los datos de esta jornada
permiten analizar el comportamiento térmico de un techo verde en Buenos Aires, bajo
condiciones típicas de calor con sustrato seco.
-
Hacia las 19 hs del día 10 de febrero, se registraron 64 mm de lluvias, por lo que ambos
sustratos se saturan de humedad. El día 12 de febrero, aun con sustratos húmedos, la
temperatura del aire se eleva hasta un máximo de 34, 1°C, a las 16 hs. Esta jornada permite
analizar temperaturas superficiales bajo condiciones típicas de calor con sustrato húmedo.
En base a estas condiciones, y analizando el comportamiento de los tres sectores monitoreados, pueden
observarse algunas características particulares:
-
Las temperaturas superficiales mínimas normalmente se registran entre las 7 y las 8 de la
mañana y las temperaturas superficiales máximas entre las 14 y las 16 hs.
-
Las temperaturas máximas superficiales de las cubiertas verdes con sustrato húmedo registran
un desplazamiento hacia la tarde (de aprox. 2 horas en algunos casos) respecto de las
temperaturas de la cubierta verde con sustrato seco y del techo sin cubierta verde.
-
El sector de techo de membrana expuesta sin cubierta verde siempre presenta los valores más
elevados de temperatura superficial. Y estos valores se encuentran por encima de la temperatura
del aire, aun durante las horas de la mañana cuando las temperaturas del aire son más bajas.
-
En condiciones de sustrato muy seco, la temperatura superficial máxima de la cubierta verde
tiende a elevarse y acercarse a los valores del techo sin cubierta verde, aunque siempre se
mantiene al menos 3 °C mas fría. El día 10 de febrero, cuando hacia las 15 hs. se registra la
temperatura máxima del aire, la superficie con membrana expuesta se encuentra a una
temperatura de 39,6 °C, la superficie del sector de cubierta verde sin riego registra una máxima
de 36,2 °C a las 14 hs. y la superficie del sector con riego de 33 °C a las 16 hs. La radiación
solar máxima de esta jornada fue de 909 W/m2 a las 14 hs.
-
En condiciones de sustrato muy seco, las temperatura superficiales mínimas de los sectores con
cubierta verde son muy similares, registrándose a las 7 hs del día 10 de febrero 25.9 °C en el
sector sin riego y 26.1°C en el sector con riego. La temperatura superficial mínima de la
membrana asfáltica es de 28,1°C.
-
Respecto de los valores de temperaturas superficiales mínimas, los tres sectores analizados
presentan menores diferencias, pero en todos los casos, el techo de membrana expuesta se
encuentra entre 2 y 3°C mas caliente que las superficies con cubierta verde con o sin riego.
-
La humedad del sustrato tiene influencia en la moderación de las temperaturas superficiales
máximas de los sectores con techo verde, aunque al enfriarse, en horas de la noche tanto la
cubierta con sustrato húmedo como la con sustrato seco, tienden a enfriarse de manera similar.
-
En condiciones de sustrato húmedo, se observan las mayores diferencias de temperatura
superficial máxima entre el techo de membrana expuesta y el techo con cubierta verde. Este
valor es de 9,1°C. y se registra el día 12 de febrero, en condiciones de cielo despejado, sin
viento. La temperatura máxima registrada sobre la superficie de membrana expuesta durante
esta jornada es de 39,6°C a las 16 hs, cuando se observan también los valores más altos de
temperatura del aire (34,1°C). La superficies con cubierta verde, ambas como ya se mencionó
con altos niveles de humedad, registran temperaturas muy similares de entre 30,2 y 30,5°C ,
entre las 15 y las 16 hs.
-
Como puede observarse en las curvas del día 19 de febrero, al bajar rápidamente la temperatura
del aire, se verifica el efecto amortiguador de la cubierta verde, cuya inercia mantiene las
temperaturas superficiales de estos sectores unos grados por encima de la temperatura de la
superficie de membrana expuesta.
3.1. Diferencias de temperatura superficial entre cubiertas verdes y techos con membrana
expuesta
Según los datos analizados anteriormente puede verificarse que en días de altas temperaturas de aire e
intensa radiación solar, las diferencias de temperatura entre superficies con cubierta verde y superficies
de techos con membrana metálica llegan a alcanzar casi los 10 °C. Con el objeto de cotejar estos
resultados, se analiza también otro periodo de altas temperaturas y cielo despejado, observando con
más detalle la evolución de las temperaturas durante dos jornadas entre el 12 y 13 de enero.
Gráfico 5. Detalle de temperaturas superficiales en los tres sectores estudiados.
El Gráfico 5 muestra condiciones de temperatura superficial similares a las registradas durante las
jornadas del mes de febrero, verificando que las temperaturas del techo sin cubierta verde siempre
permanecen más elevadas respecto de los sectores con cubierta verde. También se verifica que estas
diferencias se hacen más significativas durante el día, cuando las temperaturas del techo de membrana
expuesta presentan valores entre 8 y 9 grados centígrados más altos que la cubierta verde con riego.
Puede observarse además que las mayores diferencias de temperatura superficial entre cubiertas verdes
con distinta humedad de sustrato se detectan durante el día, ya que hacia la noche y primeras horas de
la mañana, tienden a ser similares.
3.2. Humedad del sustrato y temperaturas superficiales de cubiertas verdes
Para estudiar en mayor profundidad la relación entre contenido de humedad de los sustratos y
temperaturas superficiales de la cubierta verde, se analizan los resultados del monitoreo de dos semanas
en el mes de Noviembre cuando, luego de varios días de lluvia intensa, se registran cielos despejados
con altos niveles de radiación solar y mayor temperatura del aire. En estas condiciones, comienzan a
diferenciarse los niveles de humedad de sustrato entre los sectores de cubierta verde con y sin riego, y
también comienzan a diferenciarse las temperaturas superficiales entre ambos sectores. El día 9 de
noviembre a las 13 hs caen 56 mm de lluvia, bajando las temperaturas y nivelando los valores de
humedad del suelo en ambos sectores.
Este proceso puede observarse en el Gráfico 6, donde las curvas en verde claro representan las
temperaturas superficiales del sector de cubierta verde sin riego y las curvas en color verde oscuro, las
temperaturas superficiales del sector que cuenta con riego artificial. Las barras verticales en color
naranja, marcan los valores de humedad del sustrato en el sector sin riego, y las barras celestes los
valores de humedad del sustrato en el sector con riego automático.
Gráfico 6. Temperaturas superficiales en la cubierta verde y humedad del sustrato.
A medida que disminuye la humedad en el sustrato, las diferencias en los valores de temperatura
superficial máxima entre los dos sectores de techo con cubierta verde aumentan. Luego, en horarios
nocturnos, las temperaturas superficiales mínimas en ambos sectores tienden a igualarse,
independientemente de la proporción de humedad que contenga el sustrato.
Como ejemplo, pueden analizarse los valores registrados entre el 8 y 9 de noviembre: A las 15 hs. del
día 8, cuando la temperatura del aire es de 33 °C, la temperatura superficial en el sector de cubierta
verde con solo 0,084 m3/m3 de humedad asciende a 48,4 °C, pero la temperatura superficial del sector
con 0,239 m3/m3 de humedad en sustrato por riego artificial es de 37,9 °C, aproximadamente 10 °C mas
baja. Unas horas más tarde, luego de que las lluvias que humedezcan de igual manera ambos sustratos,
las temperaturas superficiales máximas que se registran a las 16 hs., presentan valores muy similares
con 24,1 °C en el sector sin riego y 23,4°C en el sector con riego. La temperatura del aire también
disminuye a 26,8 °C.
4. Conclusiones
La incorporación de cubiertas verdes tiene un impacto favorable en la reducción de temperaturas
superficiales de techos, particularmente durante el día. En horarios nocturnos la capacidad de
enfriamiento es mucho menor, ya que el aporte de la evapotranspiración es muy reducido. Pero en todos
los caso, presentan mayor capacidad de enfriamiento nocturno, que un techo de membrana tradicional.
Durante un día de verano soleado y de altas temperaturas, una cubierta verde con niveles medios de
humedad de sustrato, registra en promedio temperaturas superficiales entre 6 y 9 grados centígrados
más bajas que un techo tradicional de color gris claro con revestimiento plateado y cierto desgaste.
Los niveles de humedad del suelo tienen una influencia significativa en la temperatura superficial de una
cubierta verde, ya que este factor condiciona el proceso natural de evapotranspiración en las plantas,
responsable del refrescamiento del aire. Vale destacar que si bien la superficie de una cubierta verde
con poca humedad se calienta más durante el día, el proceso de enfriamiento hacia la noche es similar al
de cubiertas verdes con mayor humedad por riego artificial. Considerando que el efecto Isla de Calor se
relaciona con la falta de capacidad de enfriamiento de la ciudad en horarios nocturnos, inclusive en
condiciones de muy baja humedad, las cubiertas verdes presentan beneficios, ya que durante la noche
incorpora al entorno urbano superficies mas frías que las registradas en membrana metalizada.
Los resultados de este monitoreo muestran que en condiciones de verano, la superficie de una cubierta
verde con entre un 22% y un 30% de humedad en su sustrato, registra temperaturas hasta 9,1 °C más
bajas respecto de una membrana asfáltica con terminación metalizada durante el día. Estas diferencias
se presentan en horas de la tarde, coincidiendo con las temperaturas de aire más elevadas y no con los
valores más altos de radiación solar.
Cuando los porcentajes de humedad de suelo se encuentran por debajo del 10%, las temperaturas
superficiales de la cubierta verde en horario diurno tienden a elevarse, mostrando valores más altos,
aunque siempre presentan temperaturas al menos 3 °C más bajas que la membrana tradicional de
referencia. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Li (Li et al 2014), donde sustratos
extremadamente secos tienen muy limitada capacidad de enfriamiento superficial.
Es importante destacar que en este caso se evaluó el comportamiento de una membrana metalizada con
cierto grado de deterioro en su capacidad reflejante, condición esperable en la mayoría de los techos de
color claro instalados en Buenos Aires: Estudios para la Ciudad de Nueva York muestran una reducción
en el albedo de techos claros de hasta un 50% en dos años (Gaffin 2012). Por el contrario, los techos
verdes tienden a aumentar o mantener su cobertura vegetal a lo largo del tiempo, lo que debería
representar una mejora respecto de su capacidad de reducir su temperatura superficial.
Estos resultados muestran que los techos verdes tienen un efecto positivo como moderadores de la isla
de calor, ya que controlan el aumento de las temperaturas de parte de las superficies horizontales
urbanas, en los horarios más críticos del verano sin impactar en la capacidad de enfriamiento de esas
superficies hacia la noche y madrugada.
Existen en Buenos Aires una multiplicidad de techos planos y baja altura donde potenciar la
incorporación de superficies horizontales con cubiertas verdes: Grandes supermercados, centros
comerciales, estacionamientos u otras plantas bajas cubiertas de pulmones de manzana en zonas de
alta densidad. La posibilidad de incluir en ellos coberturas vegetales sencillas, sin mayores
requerimientos de mantenimiento ni riego permitiría además de moderar la isla de calor estival, realizar
un aporte a la belleza y biodiversidad urbanas.
En trabajos futuros se analizarán los datos obtenidos en esta cubierta verde respecto de su capacidad
como aislante térmico para condiciones de invierno y verano y se evaluará su capacidad de retención de
agua de lluvia, uno de los principales beneficios ambientales de su incorporación en el contexto de la
Ciudad de Buenos Aires.
Referencias
Camillioni, I. (2010) Clima y Cambio Climático, en Dinámica de Una Ciudad, Buenos Aires 1810-2010.
Dirección General de Estadística y Censos, Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. pp. 61-91.
Delbene Saiz, C. (2011) Uso de Sistemas Pasivos y Activos en la Envolvente edilicia para el Control
Climático: Aplicación en un edificio existente de perímetro libre en la ciudad de Buenos Aires. Tesis de
Maestría, Universidad Internacional de Andalucía.
Gaffin S R, C. Rosenzweig, J. Eichenbaum-Pikser, R. Khanbilvardi y T. Susca (2010) A Temperature and
Seasonal Energy Analysis of Green, White, and Black Roofs. New York: Columbia University, Center for
Climate Systems Research.
Gaffin S R, M. Imhoff, C. Rosenzweig, R. Khanbilvardi, A. Pasqualini, A. Kong, D. Grillo, A. Freed, D.
Hillel D y E. Hartung (2012) Bright is the New Black-multi-year Performance of High-albedo Roofs in an
Urban Climate. IOP Science, Environmental Research Letters 7.
Leveratto, M. J., de Schiller S. y Evans, M. (2000) Isla de Calor en Buenos Aires. Intensidad e impacto
ambiental. 17a Conferencia Internacional Passive and Low Energy Architecture (PLEA): Arquitectura,
Ciudad y Ambiente. Cambridge, Gran Bretaña. Editores T. Steemers y S. Yannas James&James
publishers. pp. 533-535.
Li, D. E. Bou-Zeid y M. Oppenheimer (2014) The Effectiveness of Cool and Green Roofs as Urban Heat
Island Mitigation Strategies. IOP Science, Environmental Research Letters 9.
Liu, K. y B. Baskaran (2003) Thermal Performance of Green Roofs through Field Evaluation. National
Research Council, Institute for Research in Construction. Proceedings for the First North American Green
Roof Infrastructure Conference, Awards and Trade Show, Chicago, IL., May 29-30, 2003, p. 1-10
Oke, T. (1987) Boundary Layer Climates. New York: Methven.
Sonne, J. (2006) Evaluating Green Roof Energy Performance. ASHRAE Journal. February 2006, p 59-61.
Se agradece al Programa Escuelas Verdes y a la Dirección de Infraestructura Escolar del Ministerio de
Educación del Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires su colaboración para la realización de estos
trabajos de monitoreo.
NoeOLD / $OFKDSDU \ (ULFD 1 &RUUHD ³(1)5,$0,(172 3$6,92
TECNOLOGÍAS
DE
ENVOLVENTE
EFICIENTES
ENERGÉTICA
Y
$0%,(17$/0(17(´ /DERUDWRULR GH $PELHQWH +XPDQR \ 9LYLHQGD
INCIHUSA. CONICET-CCT Mendoza)
ENFRIAMIENTO PASIVO. TECNOLOGÍAS DE ENVOLVENTE
EFICIENTES ENERGÉTICA Y AMBIENTALMENTE.
ABSTRACT
Los materiales que componen la envolvente urbana son determinantes para la reducción de las
ganancias de calor y el sobrecalentamiento de una ciudad, pues absorben la radiación solar e
infrarroja, y el calor acumulado se disipa a la atmósfera. Sumado, gran parte de las envolventes
urbanas forman parte de la envolvente edilicia y su función de barrera térmica primaria entre interior y
exterior determina los niveles de confort, la iluminación natural y la demanda de energía para
acondicionar un espacio. En este contexto se propone desarrollar conocimiento respecto del
comportamiento térmico y ambiental de los materiales disponibles regionalmente para la resolución de
de las envolventes urbanas; con el objetivo de contribuir a la selección de los más apropiados en
orden a disminuir las temperaturas ambientales. La investigación que se presenta muestra los
resultados de los ensayos en condiciones controladas, para determinar las propiedades ópticas de los
materiales, sus temperaturas superficiales y su índice de reflectancia solar (SRI). Los materiales
testeados fueron seleccionados de acuerdo a su demanda en el mercado local, frecuencia de uso y
disponibilidad, se evaluaron 150 materiales correspondientes tanto a envolventes horizontales
(pavimentos y techos) como verticales (fachadas). Luego se cuantificó la modificación de las
propiedades medidas con el envejecimiento y finalmente se propuso un esquema y una
representación formal para el etiquetado energético de los materiales. Los resultados muestran que es
posible mejorar el comportamiento térmico de la envolvente con la selección adecuada de
composición, terminación, forma y color, conciliando el desempeño térmico y los requisitos estéticos.
Además, propone el etiquetado energético de los materiales como medio eficiente para transmitir
dicha información a los responsables del desarrollo del hábitat.
Palabras Clave: enfriamiento pasivo, envolventes, etiquetado energético, índice de reflectancia solar
(SRI).
1. INTRODUCCIÓN
Se estima que las ciudades con solo cubrir el 0.25% de la superficie terrestre contribuyen con el
85% del total de gases de invernadero (Oke et al, 1993). Es por ello, que la búsqueda de la
sostenibilidad en el desarrollo de las ciudades del mundo constituye un objetivo de alto impacto en
la reducción de gases de efecto invernadero.
Los edificios consumen aproximadamente el 35% de la energía del planeta. Aproximadamente el
70% de la energía consumida por el sector edilicio se destina al acondicionamiento térmico de los
espacios (CEC, 1995). El crecimiento urbano aumenta el porcentaje de superficie sellada,
transformando las características del terreno natural y modificando su balance térmico. Como
consecuencia se incrementa el consumo de energía y la generación de calor en las ciudades. Éste
fenómeno de calentamiento urbano es llamado Isla de Calor (ICU). La magnitud de la ICU puede
ser considerada un indicador del grado de articulación entre el diseño y desarrollo de una ciudad y
su lugar de implantación. Es por ello que la mitigación de la isla de calor urbana constituye una
estrategia apropiada y viable para la consecución de la sustentabilidad del hábitat
humano. (Rosenfeld et al., 1995 (1); Akbari et al., 2001 (2); Adnot et al., 2007(3); Kuttler, 2011(4);
Gaitani et al., 2007(5)).
Las estrategias de mitigación a nivel internacional se sustentan en dos principios básicos: (i)
incrementar la cobertura vegetal de los espacios y (ii) trabajar sobre las propiedades ópticas (albedo
y emisividad) de las envolventes urbanas ((Akbari et al., 2005ª(6); Zoulia et al., 2009(7);
Mihalakakou et al., 1994(8), Synnefa et al., 2007(9); Zinzi & Agnoli, 2012(10), Gaitani et al.,
2011(11); Santamouris et al., 2012(12)).Sin embargo el uso de la cobertura verde como estrategia
de mitigación en una zona árida, como es el caso de la ciudad de Mendoza, Argentina, está
condicionado debido a que el agua es un recurso limitado en la zona. Es por ello que trabajar sobre
las propiedades ópticas de las superficies horizontales (techos y pavimentos) y verticales
(fachadas), representa una estrategia de enorme potencial en orden a la disminución de las cargas
de enfriamiento y la mejora del confort de los espacios urbanos, especialmente en contextos
urbanos áridos como es el caso de Mendoza.
La Agencia Internacional de Energía (IEA,2014iHQHODSDUWDGR³7HFKQRORJ\5RDGPDS(QHUJ\
efficieQWEXLOGLQJHQYHORSHV´DILUPDTXHODVFRQVHFXHQFLDVGHUHKDELOLWDUODVHQYROYHQWHVXUEDQDVHQ
un escenario que consiguiera disminuir 2 °C la temperatura aire urbana a nivel mundial, significaría
un ahorro de 6 billones de MJ proyectado al 2050 (energía equivalente al consumo actual del Reino
Unido). En este marco la investigación que se propone desarrolla conocimiento respecto al
comportamiento térmico y ambiental de los materiales disponibles regionalmente para la resolución
de las envolventes urbanas; con el objetivo de contribuir a la selección de los más apropiados en
orden a disminuir las temperaturas ambientales.
2. METODOLOGÍA
La combinación del efecto del albedo (â), la emitancia térmica (e) y temperatura superficial (Ts) de
un material con respecto a una superficie patrón de color negra y otra blanca, da como resultado un
factor que caracteriza el comportamiento térmico del material definido como su Índice de
Reflectancia Solar (SRI). Establecido por la norma ASTM 1980-11(14), dónde SRI=100 % equivale
al patrón blanco; SRI= 0 % equivale al patrón negro. Con el propósito de clasificar el desempeño de
los materiales de la envolvente urbana, disponibles regionalmente, en función de sus propiedades
ópticas se aplica como indicador el SRI. Este indicador ha sido seleccionado debido a que permite
validar los resultados obtenidos a nivel local con los ya disponibles en el mundo académico a nivel
internacional.
2.1. Selección y clasificación de unidad muestral
De acuerdo a demanda en el mercado local, frecuencia de uso y tecnologías disponibles se evaluó
en la configuración de materiales horizontales: 38 revestimientos peatonales (mono y bicapa) y 16
tipologías de tejas (cerámicas y cementicias). Mientras que en la configuración vertical se
estudiaron 80 revestimientos texturados (acrílicos y cementicios) y 16 pinturas látex para exterior
(acrílica, impermeable y atérmica). Las muestras se ubicaron en un predio del Centro Científico y
Tecnológico, de Mendoza -Argentina (32 º 53 'de latitud, 68 º 51' de longitud oeste), sobre una base
de poliestireno expandido. (Figura 1)
Figura 1 . Evaluación térmica y óptica de materiales en el predio.
En tabla 1 y 2 se detallan la clasificación de los 150 materiales de acuerdo a su composición,
terminación, textura, color y forma.
2.2. Instrumentación y método
Se evaluaron las propiedades del material mediante registros de albedo, emisividad e Índice de
Reflectancia Solar de los 150 materiales seleccionados. Mediante la utilización de un albedómetro
tipo Kipp & Zonen CMA11 según norma ASTM E 1918-97/06(15) se registraron los valores de
albedo en cada material. Para estimar la emisividad se empleó un sensor de temperatura de termo
cupla tipo T asociado a un data logger hobbo U12, y un termómetro IR Fluke 568, según norma
ASTM E1993-99ª/06(16). Con estos datos se procedió al cálculo del SRI según lo establecido en la
norma de referencia (ASTM 1980-11). Debido a que el SRI es una propiedad dinámica y puede
modificarse por efecto del envejecimiento las muestras fueron monitoreadas durante un período de
tres años (2011, 2012 y 2013). De la serie de mediciones registradas, los datos presentados en éste
trabajo corresponden a las 13.00hs de los días cuyas variables meteorológicas presentan
condiciones representativas del clima local.
Tabla 1: Clasificación de materiales horizontales (pavimentos peatonales y tejas) según
composición, terminación, textura, color y forma.
Tabla 2: Clasificación de materiales verticales (revestimientos texturados y pinturas látex de
exterior) según composición, terminación, textura, color y forma.
3. RESULTADOS
A continuación se estructura el análisis de los resultados en tres secciones principales:
-
-
En la primera sección (3.1) se evalúan los resultados de los ensayos en condiciones
controladas, para determinar las propiedades ópticas de los materiales en condiciones
NUEVAS, sus temperaturas superficiales y su índice de reflectancia solar (SRI).
En la segunda sección (3.2) se cuantificó la modificación de las propiedades medidas con el
envejecimiento. Para ello se evaluaron las respuestas del SRI al envejecimiento, durante un
período de tres años se analiza el efecto del paso del tiempo sobre el desempeño térmico
de los materiales expuestos a los condicionantes climáticos y deposiciones de suciedad.
En la tercera sección (3.3) se propuso un esquema y una representación formal para el
etiquetado energético de los materiales evaluados.
3. 1. Materiales Nuevos
3.1.1.
Análisis comparativo de comportamiento térmico y SRI de materiales nuevos
De acuerdo a las características particulares de cada material de la envolvente urbana
(composición, textura/terminación, color y forma) los ensayos demostraron diferencias en su
temperatura superficial y nivel de SRI:
-
Diferencias térmicas superficiales: En pavimentos peatonales las diferencias alcanzan los
31 °C (rango entre 30º y 61 ºC); en tejas 22 °C (entre 42º y 64 ºC); en revestimientos
verticales 41 ° C (entre 33º y 74 ºC), y en pinturas exteriores 39 °C (entre 31º y 70 ºC).
Niveles de SRI: Al comparar las posibilidades de optimización que ofrece cada una de las
envolventes analizadas se determinó que: el 75 % de la dotación horizontal ± tanto
pavimentos peatonales como tejas ± tienen un SRI superior al 65 %. Su variabilidad es del
53 % entre el mejor y el peor comportamiento (47-100 %). En el caso de los materiales
verticales, el 62 % de los revestimientos texturados tienen niveles de SRI superiores al 65
%, mientras que el 87 % de las pinturas de exterior alcanzan éste porcentaje. Los
revestimientos verticales se agrupan en un rango de SRI entre 29 y 100 %.
3.1.2.
Propiedades ópticas de materiales nuevos
Con el objetivo de apreciar el comportamiento térmico del muestrario local de materiales disponibles
para la resolución las envolventes de la ciudad. Se ha confeccionado un gráfico (Figura 2) en el cual
puede observase en el eje de abscisas inferior el valor de la reflectancia solar (o albedo) y en el
superior su complementario la absortancia solar, y en el eje de ordenadas derecho, su emitancia IR
y en el izquierdo su complemento es decir el eje de absortancia IR.
Figura 1. Comportamiento óptico de materiales evaluados.
En la Figura 2, se observa que el conjunto relevado presenta reflectancias en el espectro solar en
un rango de 0.20 a 1; y emitancias en el espectro IR lejano en el rango de 0.70 a 1. Si ubicamos en
el gráfico todos los materiales evaluados, de acuerdo a su comportamiento óptico la mayoría de los
que componen la ciudad se comportan como absortivos, unos pocos como reflectivos, y un grupo
DFRWDGRUHVSRQGHDODVFDUDFWHUtVWLFDVGHORVVHOHFWLYRVIUtRVRWDPELpQGHQRPLQDGRV³FRRO
PDWHULDOV´(VWRV~OWLPRVHQSDUWLFXODUFRQVWLWX\HQODVDOWHUQDWLYDVTXHUHVXOWDQDSURSLDGDVSDUD
mitigar la ICU. El grupo de ³PDWHULDOHVIUtRV´HVWiFRQVWLWXLGRHQVXPD\RUtDSRUPDWHULDOHVXWLOL]DGDV
para la resolución de superficies verticales, tales como revestimiento texturados en colores blanco,
gris perla, marfil, y piedra parís; y algunas pinturas blancas. Dentro de los materiales horizontales
clasificados como selectivos fríos se encuentran algunas tejas cerámicas terracota y ninguno de los
pavimentos peatonales de uso frecuente en nuestra ciudad.
Si se considera que, las envolventes urbanas horizontales presentan una condición crítica
relacionada con la exposición solar, y de acuerdo con los valores SRI, se puede ver que existen
alternativas para mejorar el comportamiento térmico (53 % de las alternativas de pavimentos que
ofrece el mercado local y el 44 % en el caso de las tejas, presentan un SRI inicial igual o superior al
75 %). En los revestimientos verticales permanece esta tendencia, debido a que el 48 % de los
UHYHVWLPLHQWRVWH[WXUDGRVSUHVHQWDQXQ65,•0LHQWUDVTXHHOGHODVSLQWXUDVGHH[WHULRU
evaluadas alcanza éste nivel.
A partir de los resultados obtenidos se podría inferir que en términos de intervención, mejorar la
reflectancia solar (albedo) de los materiales para la resolución de las envolventes ofrece
posibilidades concretas de reducir las cargas térmicas de la ciudad. Esta información es relevante
para la industria a los efectos de decidir hacia dónde direccionar sus esfuerzos para mejorar la
certificación energética de sus productos. Especialmente poniendo énfasis en el desarrollo de
materiales para la envolvente horizontal (pisos y techos) dado su rol determinante en las ganancias
térmicas de un recinto urbano y sus características actuales, donde se observa que una gran
cantidad de materiales disponibles en el mercado local para la resolución de pisos y techos -
pavimentos y tejas-, se comportan como absortivos en contraposición de lo que se esperaría de un
material que ayude a mitigar la isla de calor urbana.
3.1.3.
Características de materiales más eficientes
Los resultados demuestran que el comportamiento térmico de los materiales deriva del efecto
combinado de la composición, terminación, forma y color. En la tabla 3 se resumen las
características de los más eficientes:
Tabla 3: Características que mejoran el rendimiento térmico de los materiales de la envolvente según
composición, terminación/textura, color y forma.
PAVIMENTOS PEATONALES
TEJAS
REVESTIMIENTOS
TEXTURADOS
PINTURAS
EXTERIORES
No es una característica
determinante.
Cerámica
Acrílica
Impermeable
TERMINACIÓN/
TEXTURA
Pulida
Esmaltada y natural
Rulato travertino fino
-
COLOR
Travertino, gris, rojo y amarillo.
(La incorporación de chispas
multicolor en el material negro,
mejoran un 14 % el desempeño).
Terracota
(composición cerámica)
Gris
(composición
cementicia)
Marfil y piedra parís
(composición acrílica)
Blanco
(composición cementicia)
Blanco
Circular andalucía
Colonial
-
-
COMPOSICIÓN
FORMA
3.2. Materiales Envejecidos
3.2.1.
Modificación de SRI según períodos
La reflectancia solar de la envolvente edilicia es una propiedad dinámica debido a los materiales
que envejecen a través de los años. Es por ello que en función de las prestaciones que ofrece el
SRI como indicador del desempeño térmico de los materiales durante toda su vida útil, es posible
establecer el período en que el material debe ser rehabilitado o reemplazado. Luego de tres años de
envejecimiento los pavimentos peatonales se agrupan en un rango de SRI que oscila entre 64 a
29%, las tejas entre 54 a 29%, los revestimientos texturados entre 63 y 24%, y las pinturas látex
(sucias) entre 85 a 49%.
En la Tabla 4 se describen las modificaciones de SRI (%) de las tres alternativas inicialmente más
eficientes y las tres más ineficientes en cada una de las categorías (pavimentos peatonales (P),
tejas (T), revestimientos verticales (SIP-CW) y pinturas exteriores (L)), según periodo de
envejecimiento (SRI1= inicial; SRI2= envejecido al segundo periodo; SRI3= envejecido al tercer
periodo de exposición).
Tabla 4. Modificación porcentual de los niveles de SRI (%) de materiales inicialmente más eficientes e
ineficientes, de acuerdo a material y según periodo de envejecimiento (SRI 1= inicial; SRI2= envejecido al
segundo periodo; SRI3= envejecido al tercer periodo de exposición).
PAV. PEATONALES
Cód. SRI1 SRI2
TEJAS
SRI3
Cód. SRI1 SRI2
REV. TEXTURADOS
SRI3
Cód.
SRI1 SRI2
PINTURAS EXTERIORES
SRI3
Cód. SRI1 SRI2
SRI3
EFICIENTES
INEFICIENTES
1° P34
100
(=)
Ļ
T08
90
Ļ
Ļ
CW49 100
(=)
Ļ
L07
100
Ļ
Ļ
2° P25
85
Ļ
Ļ
T01
90
Ļ
Ļ
SIP19 100
Ļ
Ļ
L08
95
Ļ
Ļ
3° P13
80
Ļ
Ļ
T09
85
Ļ
Ļ
SIP02 100
Ļ
Ļ
L11
94
Ļ
Ļ
3° P10
52
Ļ
Ļ
T06
47
Ļ
Ļ
SIP40 35
Ĺ
Ļ
L14
88
Ĺ
Ļ
2° P27
52
Ĺ
Ļ
T13
53
Ļ
Ļ
SIP32 33
Ĺ
Ļ
L12
86
Ĺ
Ļ
1° P05
52.5 Ļ
Ļ
T12
58
Ļ
Ļ
SIP24 29
Ĺ
Ļ
L13
86
Ĺ
Ļ
Material correspondiente a cada código
(8)
Como consecuencia del envejecimiento la habilidad para disminuir las temperaturas urbanas se
degrada rápidamente en los primeros años de vida útil. En el segundo año de exposición, algunos
materiales aumentan los niveles de SRI2, en especial los materiales de la envolvente vertical. Sin
embargo en el tercer año el total de los materiales evaluados disminuyeron su capacidad reflectiva
entre 1 y 61 %. Ésta tendencia se acentúa en los materiales que inicialmente resultan más
eficientes. Por ejemplo, el pavimento más eficiente -P34- posee SRI1=100% y luego del tercer
periodo de envejecimiento disminuye un 36% su SRI3=64%; en cambio uno de los pavimento más
ineficiente-P27- tiene un SRI1=52% y luego de tres años se mantiene casi con el mismo valor
(SRI3=51%). En las tejas y revestimientos texturados se repite éste comportamiento, se verifican
disminuciones mayores en materiales inicialmente eficientes (que oscilan entre 11 y 61 %); en
contraste con materiales inicialmente ineficientes (disminuciones entre 1 a 50 %).
3.2.2.
Relación entre SRI, color y envejecimiento
Los resultados muestran que las temperaturas superficiales del total de los materiales se derivan del
efecto combinado de la composición, textura y color, pero el color resulta la variable más
determinante en el comportamiento térmico. Es por ello que en ésta sección mediante la función
gaussiana se grafica el efecto del envejecimiento sobre los colores para cada tipología de
envolvente (pavimentos, tejas, revestimientos texturados y pinturas). (Figura 2 y Figura 3).
Al comparar los promedios de SRI entre la condición inicial y envejecida de acuerdo a color y
material, se observa que en las superficies horizontales (pisos y tejas) las disminuciones de SRI
promedio oscilan entre 25 a 29%, a excepción del pavimento peatonal negro que decrece su SRI
promedio un 18%. (Figura 2)
Dentro de las superficies verticales, los revestimientos texturados especialmente en tonalidades
claras (blanco, marfil, piedra parís, ocre y gris perla) son las tipologías materiales que menos
resisten al envejecimiento, ya que presentan disminuciones de SRI promedio entre 28 a 40%. En
contraste con las pinturas blancas que sólo modifican su SRI promedio 11% luego de envejecidas.
(Figura 3)
(1)Material correspondiente a cada código
PAVIMENTOS PEATONALES
P34
P25
P13
P10
P27
P05
TEJAS
Granítico pulido liso mosaico
travertino
Granítico pulido liso mosaico gris
multicolor
Cementicio-pétreo pulido circular
andalucía gris multicolor
Cementicio-pétreo pulido circular
abanico negro murcia
T08
Cementicio rústico circular
andalucía negro
Cementicio rústico circular abanico
negro
T13
T01
T09
T06
T12
Cerámica esmaltada
romana terracota
Cerámica natural
colonial terracota
Cerámica natural
romana terracota
Cerámica mate
bicocción francesa
negra
Cementicia acrílica
francesa negra
Cementicia mate
francesa negra
REVESTIMIENTOS
TEXTURADOS
CW49
Cementicio Travertinotexturado medio blanco
SIP19
Acrílico Llaneado fino
piedra parís
SIP02
Acrílico Rulatotravertino fino marfil
SIP40
Acrílico Granitex medio
gris plomo
SIP32
SIP24
Acrílico Llaneado
grueso gris plomo
Acrílico Llaneado fino
gris plomo
PINTURAS EXTERIORES
L07
L08
L11
L14
L12
L13
Impermeable
satinada blanca
Impermeable
satinada blanca
Acrílica mate
blanca
Impermeable
satinada blanca
Acrílica mate
blanca
Acrílica mate
blanca
Éstos gráficos permiten ponderar las posibilidades que nos brinda el color de acuerdo a cada
material antes y después de su envejecimiento. Por ejemplo, en los pavimentos negros y grises la
curtosis de la curva envejecida es mayor que la inicial, lo mismo ocurre en los revestimientos
texturados blancos y marfil. Esto significa que las posibilidades de seleccionar alternativas eficientes
son mayores para una combinación determinada de color y tipología de envolvente. Como ejemplo
si contrastamos el funcionamiento térmico de dos soluciones de fachadas, y analizamos el
comportamiento térmico de revestimientos texturados blancos versus pinturas látex blancas. Se
observa que el SRI inicial promedio de revestimiento texturado blanco es de 94% y el de las
pinturas blancas es de 92%, sin embargo durante la etapa de envejecimiento el SRI promedio al
final del tercer periodo es mucho menor en los revestimientos que en las pinturas (SRI 3 rev.= 54%
vs. SRI3 pintura= 81%). Éste hecho pone de manifiesto que: si se desea seleccionar el color blanco
para la resolución de una fachada, en este caso las pinturas brindan mejores prestaciones
térmicas. (Ver en Figura 3: Revestimientos Blancos vs. Pinturas Blancas).
Superficies Horizontales
SRI1 (inicial)
SRI3 (envejecido)
Pavimentos Negros
Pavimentos Rojos
0.16
0.16
0.14
0.12
distribución normal
distribución normal
0.14
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Pavimentos Amarillos
0.16
0.18
0.14
0.16
0.12
0.14
distribución normal
distribución normal
Pavimentos Grises
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Tejas Negras
Tejas Terracotas
0.16
0.16
0.14
distribución normal
distribución normal
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Figura 2. Distribución normal de materiales horizontales (pavimentos y tejas) para la condición inicial y
envejecida según color.
Superficies Verticales
SRI1 (inicial)
SRI3 (envejecido)
Revestimientos Blancos
Revestimientos Marfíl
0.16
0.16
0.14
0.12
distribución normal
distribución normal
0.14
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Revestimientos Ocre
0.16
0.14
0.14
distribución normal
distribución normal
Revestimientos Piedra París
0.16
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Revestimientos Gris perla
0.16
0.14
0.14
distribución normal
distribución normal
Revestimientos Terracota
0.16
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Revestimientos Gris plomo
0.16
0.14
0.14
distribución normal
distribución normal
Revestimientos Verde
0.16
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0.02
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
% SRI
Pinturas Blancas
0.16
distribución normal
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% SRI
Figura 3. Distribución normal de materiales verticales (revestimientos texturados y pinturas látex) para la
condición inicial y envejecida según color.
3.3. Etiquetado de Materiales
Los resultados alcanzados ponen de manifiesto la importancia de contar con catálogos que
califiquen el comportamiento térmico de los materiales disponibles regionalmente para la resolución
de los espacios urbanos como una herramienta para el desarrollo sustentable del hábitat. Para que
este conocimiento sea transferido a planificadores urbanos y al público en general, es necesario
desarrollar estrategias de comunicación, que permitan una lectura ágil y efectiva de la información.
Para tal fin, en la Figura 4 se presenta un diseño preliminar de etiqueta que detalla características
morfológicas y termo físicas del material. En la etiqueta se indica el código asignado según material,
detalle fotográfico, nivel de SRI inicial y graduación de SRI envejecido y codificación a través de
colores (azul/ rojo) y símbolos (A; B; C) (Figura 5).
Figura 4. Formato preliminar de etiqueta de materiales opacos de la envolvente urbana.
Figura 5. Ejemplos de etiquetas de revestimientos texturados.
4. CONCLUSIONES
En función de las prestaciones que ofrece el SRI como indicador del desempeño térmico de los
materiales durante toda su vida útil, es posible calificar el funcionamiento de los materiales que
componen la envolvente de acuerdo a su habilidad para reducir las temperaturas urbanas y
establecer, además, el período en que el material debe ser rehabilitado o reemplazado.
Considerando su exposición normal a la radiación solar, los materiales dispuestos de forma
horizontal en la envolvente urbana (pisos y tejas) son componentes decisivos en la reducción de
las cargas térmicas y los consumos energéticos asociados al enfriamiento. Sin embargo el papel de
las envolventes verticales también resulta determinante en la reducción de las ganancias térmicas
debido a la ocurrencia de múltiples reflexiones dentro de un canal vial. Afectando no sólo las
temperaturas urbanas, sino que también, las condiciones de confort de peatones condicionando la
temperatura media radiante.
En éste estudio se demostró que el SRI del total de los materiales disminuye rápidamente con la
edad y la propiedad óptica más afectada es el albedo. Por lo tanto, no basta con estudiar el
comportamiento térmico inicial del material, sino que resulta necesario realizar un seguimiento anual
de la evolución de los valores de SRI en el tiempo para hacer una correcta valoración del potencial
de cada material como mitigador o generador de la ICU. Del análisis global del efecto del
envejecimiento sobre la respuesta térmica superficial de la envolvente urbana se concluye que: Los
colores oscuros son los menos susceptibles al envejecimiento de sus niveles de SRI y albedo. Es
recomendable la utilización de pavimentos de forma circular o recta porque los lisos muestran una
fuerte degradación, sumado a que su configuración morfológica lisa no es recomendable para el alto
tránsito en una vereda. La aplicación de tejas como envolvente de techos no resulta eficiente como
estrategia de enfriamiento urbana o edilicia, dado que las tejas con mayores valores de SRI inicial,
con el envejecimiento, mostraron una fuerte degradación. Lo mismo ocurre con los revestimientos
texturados, que degradan fuertemente su SRI con el envejecimiento. Las pinturas látex son el
recubrimiento que registra mayor estabilidad al paso del tiempo.
Los resultados confirman la importancia de clasificar el comportamiento térmico de los materiales
disponibles a nivel regional para la resolución de las envolventes, con el fin de transmitir dicha
información a los responsables del desarrollo del hábitat. A fin de asegurar que la envolvente
contribuya a la sostenibilidad urbana.
5. REFERENCIAS
0DUWLQ$OEHUW-DVSHU³DGNB ARGENTINA ± UN SISTEMA DE CERTIFICACION
'( 6867(17$%,/,'$' (1 /$ &216758&&,21 3$5$ $5*(17,1$´
(Asociación Civil para la Difusión de la Creatividad en el Diseño - Creatividad
Etica )
Un sistema de certificación de sustentabilidad en edificios para la argentina
La asociación alemana de la construcción sustentable, diseñó el sistema de certificación
VXVWHQWDEOH ³'*1%´ FRPR XQ VLVWHPD GH XQ FRQFHSWR integrador de los distintos
parámetros de sustentabilidad:
El sistema evalúa los edificios y distritos urbanos que demuestran un especial compromiso
de cumplir con los objetivos de sostenibilidad. El concepto de sostenibilidad del Sistema
DGNB tiene una base amplia y cubre todos los aspectos clave de la construcción
sostenible: aspectos ambientales, económicos, socioculturales y funcionales, tecnológicos,
aspectos de calidad de procesos del proyecto y la construcción, así como las calidades del
emplazamiento. Las evaluaciones se basan siempre en el ciclo de vida completo de un
HGLILFLR\VHHQIRFDHQOD³SHUIRUPDQFH´GHOHGLILFLRHQHVWHFLFORFRPRDIHFWDHOHGLILFLRHO
bienestar del usuario, como afecta los costos de mantenimiento, como afecta el impacto
ambiental durante este período de vida útil.
El proyecto que presenta CREATIVIDAD ETICA es la elaboración de un sistema de
certificación de construcción sustentable para la Argentina y la región, basado en los
conceptos del DGNB.
El trabajo es el análisis de todos los parámetros ajustando y adaptando estos estándares
europeos a las necesidades y realidades locales y de la cultura de la construcción
existente en la región.
La adaptación será efectuada por un grupo de profesionales de los distintos sectores
vinculados a la construcción, las normativas vigentes, la arquitectura y las ingenierías
respectivas. Durante el trabajo de este grupo se ejecutarán:
- Evaluar las condiciones locales y generales para una correcta adaptación del sistema de
certificación DGNB para Argentina
- Generación de base de datos a nivel local y regional de materiales y parámetros
generales (climáticos, etc.) relevantes para la construcción sustentable.
- Armado de sistema de certificación local, y efectuar la educación de auditores
especializados para analizar los proyectos bajo estos parámetros.
La meta es generar un sistema que permita calificar de una manera coherente con la
realidad local lo sustentable y eficiente en el uso de sus recursos que fuese un proyecto
edilicio.
Esta herramienta ayudará no solo a los compradores y usuarios de estas edificaciones a
poder evaluar las calidades de las mismas, si no potencialmente generará un impacto en
todo el mercado inmobiliario para definir e incentivar a generar calidades.
Mas allá de la certificación misma, a través de la base de datos y los ciclos de educación
TXHVHPDQWHQGUiQVHJHQHUDUiXQD³FXOWXUD´SDUDORVHGLILFLRVVXVWHQWDEOHV
El sistema de certificación que se está desarrollando para la región se caracteriza en
especial por las siguientes terminologías que lo describen:
ADAPTABLE
El Nuevo sistema de certificación de construccion sustentable es dinamico y se adaptará a
todos los parámetros específicos el territorio y sus regiones, incluyendo las realidades
culturales, sociales, ambientales, y económicas del territorio. Más allá de la adaptación
territorial, la adaptación sucede también a lo largo del tiempo, adaptándose el sistema a los
cambios que va sufriendo el territorio, ya sean estos cambios políticos, culturales, de
legislación o de la realidad de la matriz energética y de recursos en general. A su vez, el
sistema se podrá adaptar a la realidad de cada proyecto que se analice con él. Siendo no
solo un sistema para una sola tipología de edificio y de distritos urbanos, si no un sistema
adaptable a cada tipología que se quieran certificar.
Por lo tanto se podría definir al sistema como un sistema sumamente flexible, que se
adapta a las circunstancias dadas en cada caso particular, ya sea tipológico, geográfico,o
socio-cultural.
GRAFICO DE FLEXIBILIDAD ANTE REALIDADES ESPECIFICAS DE CADA
REGIÓN/TIPOLOGÍA DEL SISTEMA
BIENESTAR
Teniendo construcciones que incluyan los aspectos ambientales, sociales y culturales
como premisas, lograremos una mayor calidad de vida para los usuarios y así mayor
bienestar para las comunidades. El sistema, al enfocar su análisis en el equilibrio de todos
los parámetros investigados, genera una calidad edilicia que resultará en espacios que
catalicen éste bienestar.
La satisfacción del usuario está íntimamente ligada a la sensación de comodidad del
mismo.
La productividad y la satisfacción del usuario y el consumo de energía en el edificio están
íntimamente ligados con las posibilidades que tiene el usuario de influir en el clima del
recinto de su vivienda y su trabajo. Los factores importantes para que sea aceptado el
clima interno del recinto son el confort térmico, la calidad del aire, el nivel de sonido y la
iluminación. Ello permitir al usuario la mayor injerencia posible en los campos de
ventilación, protección solar, protección contra reflejos, temperatura (dentro y fuera del
período de calefacción), luz natural e iluminación artificial.
CICLO DE VIDA
La idea de pensar en un proyecto de construcción como si fuera un producto industrial,
entendiendo los ciclos de la naturaleza como ejemplares: Productos sin generar
desperdicios ni impactos o huellas negativas.
Si consideramos un edificio como un gran producto, se deben considerar todos los
componentes. Desde la material prima, como y donde se obtiene, que tipo de transporte se
utiliza para enviarla a procesar, como se procesa, que recursos energéticos y de
producción se utilizan para producirla.
También vienen consideradas las etapas de la construcción del edficio, siendo procesos
que pueden llegar a tener un impacto grande dentro del ciclo de vida considerando la
necesidad de recursos en estas etapas.
El impacto más grande en el ciclo de vida de un edificio, sucede en su utilización a lo largo
de la vida útil. El sistema de certificación tendrá en cuenta éste impacto y analizará en
especial, cuales son las medida que se toman en el proceso de planificación para
minimizar en el máximo posible el impacto en éste período.
Como último, la demolición como última etapa de la vida útil del edifico. El sistema de
certificación evaluará las medidas tomadas para que el proceso de demolición no sea solo
practicable de la mejor manera posible y con el menor impacto posible para el medio
ambiente general e inmediato del edificio, si no también los potenciales de reutilización de
los materiales y recursos utilizados.
Mas allá de los impactos en el rendimiento de recursos del edificio a lo largo de su ciclo de
vida, el sistema de certificación también incluye en sus análisis las proyecciones a usos
futuros que eventualmente se darían a la edificación. Contemplando la flexibilidad del
proyecto en un eventual cambio de uso en caso que cambiara el propietario o inquilino.
Uno de los puntos de análisis fundamentales del sistema de criterios es el calculo de los
costos del ciclo de vida.
El cálculo de costos del ciclo de vida es una técnica valiosa para predecir y valorar la
evolución de costos en bienes de construcción. El cálculo de costos del ciclo de vida es
una manera de análisis para determinar si un proyecto se concilia con los requerimientos
de rendimiento del propietario.
Todos los costos, desde el desarrollo del proyecto hasta la construcción y entrega del
edificio, se definen como costos de adquisición.
Los costos de mantenimiento y operación se determinan al valor neto presente por un
período de 50 años. Los costos se entienden como un valor neto por m² de la Superficie
Bruta. La evaluación se realiza comparando los datos del rendimiento ecológico del
edificio.
Las siguientes categorías de costos seleccionadas se tendrán en cuenta al calcular los
costos de ciclos de vida relativos al edificio:
-
costos de construcción
costos de ocupación, con los costos de operación (servicios y eliminación de
residuos,
limpieza, consumo de energía, operación, inspección y mantenimiento)
-
costos de desmantelamiento y eliminación de desechos de demolición
GRAFICO DE CONCEPTO DE CICLO DE VIDA DE UN EDIFICIO
HOLÍSTICO
El sistema contrarresta la tendencia en el territorio de entender la sustentabilidad en el
rubro de la construcción más que nada como un problema medio ambiental y/o de
recursos energéticos.
Lo que buscará el sistema de certificación sustentable será la de entender la problemática
desde un enfoque holístico, tomando en cuenta no solo los problemas ecológicos, si no la
interrelación de éstos con parámetros económicos y socio-culturales.
6RORDOHQIRFDUVHHQHVWDVWUHV³SDWDV´IXQGDPHQWDOHV\HQFRQWUDUHOHTXLOLEULRHQWUHWRGRV
los factores que influencian el impacto en ellas, se podrá hablar de sustentabilidad en el
correcto sentido del concepto.
GRAFICO DE PARÁMETROS DE ANÁLISIS HOLÌSTICO DEL SISTEMA DE
CERTIFICACIÓN
PARADIGMA
El rubro de la construcción se encuentra en un período de cambio de paradigma.
No puede más avanzar el rubro sin tener en cuenta el impacto que va teniendo su fuerte
expansión en el medio ambiente, el bienestar de la populación urbana y la funcionalidad de
nuestras ciudades. Es por lo tanto fundamental que en cada proyecto se tengan en cuenta
estas realidades cambiantes. La inclusión de las temáticas presentadas tiene que ser uno
de los parámetros fundamentales de la proyectación, la construcción y el utilizo de nuestra
infraestructura edilicia.
El sistema de certificación apunta a catalizar este cambio de paradigma a través de su
implementación en el mercado. Si el número de proyectos realizados bajo la
implementación del sistema crece, el rubro de la construcción en el territorio experimentará
un cambio drástico que no solo tendrá como efecto una mejora importante en la calidad de
los edificios si no un impacto medible y percibible en el rendimiento de nuestras urbes y
sus ciudadanos.
'DQLHO*HODUGL\$OIUHGR(VWHYHV³LA TÉCNICA COMO FACTOR DE ORIENTACIÓN EN LA
CONSTRUCCIÓN SUSTENTABLE Y LA SINTAXIS ARQUITECTÓNICA. Comparación de modos
FRQVWUXFWLYRV´Universidad de Mendoza)
Palabras claves:
Proyecto - sustentable ± sintaxis - constructiva ± técnica ± productiva
Introducción
La instrumentalidad que propone la sustentabilidad conduce a la técnica en sentido determinado.
Promueve la transformación de los procesos, el desarrollo productivo y cambios tecnológicos en el
sentido de perfeccionamiento por la salud global del medio ambiente y por la movilidad social
interrelacionada con la ecología propia de la arquitectura. Influye sobre los modos constructivos y
sobre la cultura material. Explora sobre los cambios de orientación de la técnica y del rol primordial
que tiene en el campo del conocimiento de la construcción. Campo que de manera recíproca influye
sobre la configuración cuantitativa y cualitativa de la técnica y que puede promover la
transformación de los procedimientos y en particular el progreso técnico. Las relaciones causales
entre técnica y cultura arquitectónica son recíprocas, no obstante, no podemos dejar de considerar
el factor condicionante o determinante de la técnica sobre los modos constructivos.
Cuando se exploran los cambios en la orientación del inventario material de la cultura
arquitectónica, se plantean cuestiones y premisas orientadas sobre la base de los problemas
tratados en el material y en la estructura formal, por medio de procedimientos y técnicas
constructivas. La técnica tiene un rol primordial en el campo del conocimiento de la construcción. Es
condicionante del modo constructivo porque abraza un conjunto de conocimientos y facultades que
son utilizados para la producción de los bienes materiales edilicios. Conocimiento de la naturaleza
de los materiales, sus propiedades y sobre el trabajo de los mismos. La técnica es un factor de
orientación en la construcción sustentable, motivo para que en ciertos sectores de la cultura
arquitectónica se abran focos de interés que impulsan la evolución técnica en tal dirección.
Este trabajo procura seguir la orientación de los modos constructivos prestándole atención al interés
en la aplicación de las reglas técnicas de fabricación, a las convenciones racionales y eficientes del
uso de los recursos; así como el compromiso con la forma estructural y las reglas sintácticas de la
construcción. El interés es atravesar el proyecto sustentable reconociendo el estado de la técnica
productiva para evaluar las implicancias en la edilicia arquitectónica. Estos objetivos se inscriben en
un renovado interés por los instrumentos de las ciencias y la influencia de la tecnología en
arquitectura.
Desde el análisis técnico, se describe la lógica constructiva de la forma tectónica, sintaxis
constructiva de los materiales y la lógica sintáctica de la geometría. Destacando, la implicancia del
empleo de los materiales, los principios formales y los mecanismos sintácticos capaces de resolver
los problemas que la construcción sustentable implica y sus modos constitutivos.
El trabajo concluye sobre los intereses que crea el campo cognitivo de la sustentabilidad respecto a
las posibilidades y orientación de la técnica en el campo de la construcción contemporánea y deja
abierto su implicancia sobre nuevas direcciones. Las implicaciones conceptuales de la organización,
tipológicas y materiales. Podrían extenderse a versiones que refieren a una ruptura o al menos una
articulación importante capaz de reconocer aspectos críticos ligados a un momento específico.
Hacia modelos urbanos y territoriales que se desplazan en una compleja red de relaciones
medioambientales, sociales y tecnológicas.
Desarrollo
A partir de la consideración de las interrelaciones entre la energía y las tecnologías, el objeto de
explorar la tensión entre técnica, materialidad tectónica, organización formal y constructiva frente a
la instrumentalidad sustentable. Se centra en torno las nuevas maneras de construir como hecho
relevante por el cual canalizar las problemáticas eco-ambientales y la preocupación arquitectónica
sobre su propia ecología.
Sobre la observación de dos casos de estudio, se ponen en consideración las variables de análisis
que son: la estructura formal y la sintaxis constructiva; la organización material y el procedimiento
constructivo. Los factores referentes dados son el contexto, el sitio y el clima. Los dos casos se
sitúan en Mendoza, Argentina. El primero en el área metropolitana del Gran Mendoza al Norte de la
provincia y el otro en la ciudad de San Rafael, al sur de la provincia. El contexto de emplazamiento
en ambos casos es; clima árido de grandes amplitudes térmicas, escases de agua, lluvias
torrenciales con granizo y que acarrean aluviones, 35% de humedad normal, un cuadro de
hostilidad natural sumado al rasgo más dramático que es el sismo, condicionante de destrucciones
y reconstrucciones.
En el análisis sintáctico no se considera la estructura formal del objeto arquitectónico como clave
analítica, sino para observar el desarrollo de la especificidad tectónica: la formalidad tectónica. Las
retículas y sistemas de notaciones, la combinación de las notaciones y las operaciones
autorreferenciales, los diagramas programáticas entre la planta y la sección son operaciones de
estrategias de lectura. El análisis es textual más que objetual; es decir, reconoce los objetos que lo
constituyen y la forma de dicho encadenamiento del objeto. (Eisenman:2008)
El análisis técnico y la organización material remiten a la lectura desde lo formal y lo textual. Lo
funcional e instrumental no constituyen criterios para la descripción de las ideas que están implícitas
en la conformación física concreta, la formalidad tectónica. Se lleva a la observación aquello que
aparece implícito en la organización formal del edificio para observar la importancia de la
construcción. Se toma en cuenta el procedimiento constructivo, los materiales y sus propiedades
mecánicas y termofísicas desde la descripción de la organización material.
Caso 1
1.Escuela de Música: Dialéctica entre el aislamiento acústico y la permeabilidad ambiental.
Ubicación: Campus de la UNCuyo en Mendoza, Capital. Edificio construido en 2007-2007. Sup.
Cubierta proyectada 7.00m2. Sup. construida 2.400m2
1.1 Análisis sintáctico:
Un sistema articulado en sección que evoluciona a partir del desplazamiento en X e Y.
Planta baja. Trama de crujías sobre una superficie de 110 x 48 (5.280m2)
Planta alta: barra perimetral en L Norte ± Este (7 x 110) + (10 x 45) (1.220m2)
En el suelo: cuerpo prismático alineado en sentido Este ± Oeste que toma la cota media de las
variantes de niveles en corte transversal y corte longitudinal. (gráfico 1)
Gráfico 1: Vista Este Ȃ dos bloques separados en la línea media de desnivel entre cotas. La cota superior es nivel de
terraza.
Edificio compacto perforado por patios los cuales organizan la alineación de recintos que conforman
pabellones. Estratificado en plantas diferentes.
La planta baja responde a un conjunto de tipos característicos. Pabellón, claustro y placa extensa
perforada. Contenidos por una retícula regular.
En sentido longitudinal responde a un módulo A de 10m en los extremos y un módulo B de 7.5m
internos. En sentido transversal se organiza en un módulo C de 10m. (gráfico 2)
Gráfico 2: Planta Baja. Esquema de retícula. Se muestra la organización de los pabellones y los patios.
La organización de los patios tiene un origen en la retícula. Lo mismo sucede con los pabellones
ordenados a la vez en relación a los patios. La disposición asimétrica e irregular de cada elemento
es fruto de la combinación y la variedad de posiciones encontradas en la retícula. Esto permite la
adaptación al lugar y libera la planta alta de la estrusión o repetición del mismo esquema y muestra
que la retícula no constituye el tema. La regularidad de la retícula señala la existencia de los
pórticos en crujía estructural en ambas direcciones.
En planta alta la barra tipo cierra en perímetro en el frente Norte y Este. (gráfico 3) Aquí la cubierta
del auditorio se escalonan hasta alcanzar la terraza. La terraza jardín se conecta por medio de los
patios tipo podio escalinata con el suelo en los diferentes niveles del terreno consiguiendo un
continuum espacial con el contexto.
Gráfico 3: Planta alta y terraza jardín.
En planta alta la retícula regular se subdivide en particiones submúltiplo de los módulos para dar
cabida a una subretícula. Esta se desplaza en sección. Este desplazamiento en sentido vertical
produce un despiece del plano consiguiendo un espacio entre capas que funciona como diafragma
de luz y aire. (gráfico 4) Esta operación que atraviesa la superficie de terraza permite la conexión
exterior interior en planta baja independiente de los perímetros o los patios.
Gráfico 4: Sistema de vigas superpuestas y posición de losas.
La progresión del movimiento de uno sobre otro, encadenamiento entre las vigas superpuestas y las
losas intercaladas, hace hincapié en la transformación de las superficies y de los límites interior /
exterior, no obstante, hay un desplazamiento que genera espacios de aquedad para conformar un
juego de canteros, patios de luz y patios internos.
En el desarrollo del perímetro en Planta Baja, funcionan dos geometrías y dos momentos diferentes
para conseguir un desplazamiento de los bordes consiguiendo un espacio intermedio entre exterior
e interior que funciona como diafragma de luz y del sonido. Permite la incorporación de doble
sistema de aventanamiento. Las dimensiones de la carpintería de las ventanas y de los pilares en
cada pabellón constituyen un sistema notacional. (gráfico 5)
Gráfico 5: Esquema de cierre perimetral fachada. Modulación alternada según el ritmo de las vigas en la parte superior.
Esquema de llenos y vacíos resultante de la operación de fachada.
En corte, la modalidad conseguida establece una continuidad atravesando o cociendo el desnivel
del terreno alternando huecos de conexiones y llenos convertidos en canteros que penetran en la
terraza con bloque inferior y la barra superior. (imagen 1 -2)
Imagen 1-2: Vista de frente norte y terraza. 1º Etapa. Conexión entre niveles de terreno y terraza por medio de
escalinatas rampas.
Imagen 3: Vista de fachada sur. 1º etapa. Modulación de llenos y vacíos.
La formulación central de lo que resulta en general de los desplazamientos es la interferencia
dialéctica entre en exterior y el interior. Pero más que ello, la realidad del vacío que se articula entre
los planos y los huecos reciben un tratamiento volumétrico. En este sentido, esta operación
constante recibe el uso de los materiales, tanto los bloques para el cerramiento como el hormigón
para las losas y vigas la necesidad de leer estos diafragmas desde el punto de vista conceptual más
que su expresión física y sensible. Esta inversión material a lo sintáctico, más que lo literal, define
un uso textual de los materiales. Por lo tanto la sintaxis constructiva va a favor de la identidad
lingüística. Penetración, circulación, relación interior exterior. (Imagen 3)
Análisis técnico:
Organización material: organización material a favor del procedimiento constructivo.
Los materiales en el aparejo murario en planta baja se expresan evitando el uso de revestimientos,
lo que implica es la austeridad en los detalles sobre las uniones constructivas y la necesidad de
costura. El aparejo murario a la vez es colindante entre divisiones internas, el bloque visto esconde
su peso y masa cuyo contenido es arena compactada. Dotándolo de resistencia acústica y masa
térmica, manteniendo su codificación modular, sentido conceptual relativo a su sustrato textual.
Aparejo murario divisiones interiores: Capas de resistencia: muro acumulador y aislante acústico.
En el aparejo murario exterior, la organización material de la trama de capas y multicapa, sigue el
principio de expresión de la construcción. Donde la apariencia de revestimiento, es en realidad el
procedimiento constructivo. El procedimiento constructivo a favor de las cualidades ambientales. Es
una membrana selectiva que establece la dialéctica entre el interior y el exterior. El muro perimetral
cortina se convierte en una masa con celdas interfaz.
El planta alta la organización material es contradictoria a la anterior. La estructura de columnas
delgadas de acero y vigas se conjugan en la piel resistente multicapa. (Gráfico 6) El valor autónomo
del revestimiento se subsume en la técnica constructiva y en su naturaleza matérica incluida en la
multiplicidad y diversidad de funciones y sentido.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cornisa chapa galvanizada
Viga metálica
Placas de fibrocemento
Aislación térmica. Poliestireno expandido 8cm.
Revestimiento de piedra pegado y fijado con tornillos
a chapa de fibrocemento
Interior: revestimiento de chapa de fenólico lijada y
lustrada.
Gráfico 6: Detalle de Cierre fachada superior. Estructura liviana y construcción en seco.
La cubierta terraza reconoce el desplazamiento de la trama en X y Z. Las losas de hºaº recrean el
diafragma estructural ahora en posición alternadas. Esta conformación material desmembrada
funciona en ambas direcciones y en ambos sentidos. Una membrana que estructura la cubierta
terraza más el entramado textil de llenos y vacíos en función de trabajar como la fachada. El
resultado es una membrana selectiva dotada de un sistema de vigas montadas que permiten el
trabajo estructural en conjunto con las losas, dejando espacios de oquedad entre intercalados entre
el
vacio
como
patios
de
luz
y
el
lleno
como
cantero.
Vista de fachada Planta alta. Revestimiento exterior de placas de piedra sujeta a placa de fibrocemento.
Procedimiento constructivo: Sistema de crujías de hº aº in-citu. El aparejo murario interior se
levanta entre columnas para encadenar monolíticamente la construcción. Consiste en tabiques de
bloques de cemento rellenos con arena con ambas caras vistas. La cubierta es de losas de hºaº con
capas de aislación térmica e hidrófuga con terminación de contrapiso de hº alisado.
La envolvente muraría exterior se levanta siguiendo el emplantillado de la retícula que provee la
estructuración. Los tabiques de bloques de cemento rellenos con arena se alternan a media altura y
en la cumbre con losas de hºaº que tapan el espesor del mismo.
Planta alta: construcción liviana de estructura de columnas y vigas de acero de doble perfil C
soldados. Se articula en crujías que soportan correas y cubierta multicapa de paneles de fenólico
enchapado madera natural lustrada, aislación hidrófuga y térmica metálica con cubierta de chapa.
Aparejo murario interior de bloques de cemento relleno de arena. El cerramiento exterior resistente
se resuelve por un sistema multicapa liviano (ver gráfico) Sistemas de instalaciones eléctricas,
acondicionamiento y fluidos, exterior a la vista. La organización permite la construcción en tres
etapas y la posibilidad de su funcionamiento independiente.
Resultados:
La naturaleza matérica se diluye o incluye con la multiplicidad de funciones y sentidos. Por tanto la
especulación respecto el resultado en relación al acoplamiento acústico y control de ruidos resulta
adecuado (Gelardi: 2010) (ver gráfico) y el acondicionamiento térmico, lumínico climático en relación
a factores de confort considerando la estructuración formal y material se muestra efectivamente
eficiente (Tabla 1)
Frecuencias
Necesidad
Muro
Ensayado
125
40
43.91
25
0
51
50.34
50
0
59.5
55.24
1000
6
0
59.39
2000
6
2
58.85
4000
6
2 *
61
8000
5
9 *
64
Tabla I: valores de necesidad de aislación térmica y valores medidos en el muro ensayado (dBA).
Se puede observar que la sintaxis constructiva va a favor de la entidad lingüística. La organización
material a favor del procedimiento constructivo, el procedimiento constructivo a favor de las
cualidades formales, no obstante, lo puntual es la expresión de la estructuración formal, (que intenta
no mostrar los forzamientos), de la inclusividad en la materialidad y las implicaciones conceptuales
de la organización, el tipo y el material.
Propone un matiz sobre la cultura material condensado en soluciones de tipo conceptual más que
prácticas en búsqueda de una mayor dependencia del clima interior respecto del exterior.
La diferencia es que la entidad lingüística no funciona como formalismo estilístico, por cualidades
ópticas, sino que la organización material funciona a favor del procedimiento constructivo de cuya
presencia es visual.
El interés que despierta este protoanálisis es la inventiva formal redescubierta frente a la
arquitectura como un instrumento de una tecnología sustentable. Aquello que resulta implícito en
aspectos de la organización formal del edificio, aquello en que está escrito las ideas arquitectónicas
cuyas referencias históricas están presentes. Es decir la dimensión legible de las ideas y de los
objetos que conectan con otros objetos preexistentes. (1- Eisenman p22). Se observan las
estrategias textuales, formales y conceptuales. Implicaciones conceptuales respecto a la
organización; al tipo y al material frente a un instrumento potencial de indicaciones tectónicas.
Caso 2
Casa Ballarini: acoplamiento espacial lumínico escalado.
Emplazamiento: Vivienda urbana de 300 m2 ubicada en un terreno propio de 500m2 en San Rafael,
prov. de Mendoza.
2.1 Análisis sintáctico:
En este caso el corte es la principal escritura que establece las relaciones escalares y da sentido al
contexto. Mientras el espacio exterior encierra y envuelve a los espacios interiores, estos toman
definición en relación a dos cuerpos articulados en el eje de la planta. Cada cuerpo toma definición
según el orden de actividades del uso doméstico. La planta se inscribe en un rectángulo regular
orientado longitudinalmente en sentido Este-Oeste. No obstante en esta casa, hay tres volúmenes
que se escapan del cuerpo principal y al despegarse, dejan intactos a los ámbitos elementales.
La geometría se organiza por medio del eje transversal que divide en partes iguales y uno
longitudinal. Retícula que genera un ritmo de espacios proporcionados en A-BB-A.(gráfico 7) En
sentido longitudinal los dos cuerpos C1 ± C2 separados por una banda central delgada. El resultado
son dos bandas de cuatro cuadros cada una separadas por la banda central.
C
C
A
B
B
A
Gráfico 7: Planta de casa Ballarini. Esquema de retícula y resultados sobre tipología de bloque.
En sentido transversal, se montan dos estratos. La base con altura de dintel y la corona de los
planos inclinados que se repinten entre sí en el mismo sentido logrando una cubierta de diente de
serrucho. A la vez, éstos se distinguen en diferencia de altura. La cubierta C2 es la mitad más baja.
A
A
C
C
Gráfico 8. Corte. Ejes de referencia y repetición de módulo C
Esta casa responde a un diagrama cuya lectura describe la estrategia de operación. El diagrama
establece dos cuerpos superpuestos diferenciados por una línea de separación. Al cuerpo interior
se lo somete a la extracción y la yuxtaposición de porciones. (Gráfico 9) En los frentes y en un
lateral. El cuerpo superior lo envuelve un plano en tres lados y queda abierto en un lado mayor.
1
2
3
Gráfico 9: Esquema de diagráma y secuencia de operaciones.
Análisis técnico:
Organización material: organización material a favor de lo fenoménico.
La organización material distingue cada estrato. Basamento y coronamiento separados por viga
doble UPN de 18cm.
En el basamento la organización material tiene dos componentes. Los aparejos murarios y los
volúmenes yuxtapuestos. Los primeros organizan la envolvente del cuerpo sobre el suelo según una
combinación multicapa de ladrillo, aislación térmica, revoque y revestimiento en placas de piedra
semipulida. A la vez, éstos varían según la posición relativa a cada cuadro de la grilla. Los
volúmenes yuxtapuestos son de h° a° visto de ambas caras con alma de aislación acústica.
El aparejo murario de cubierta que envuelve los techos inclinados es de ladrillos, aislación acústica
y revestimiento de piedra pulida. En su interior se esconde una estructura de acero que forma una
gran viga reticulada que queda liberada del basamento en la esquina Noreste formando un gran
voladizo en el ángulo.
Este muro soporta una de las cubiertas que se esconden detrás. Las mismas resultan de un sistema
de montajes que combina elementos metálicos estandarizados y elementos de madera laminada.
La cubierta es multicapa de maderas industrializadas, aislaciones, barreras y chapa
aluminizada al exterior.(gráfico 10)
Gráfico 10: Detalle constructivo cubierta.
Procedimiento constructivo: procedimiento constructivo a favor de las cualidades estructurales y
ambientales.
El modo constructivo del basamento es un sistema tradicional de obra gruesa combinada por
tabiques de ladrillón revocados y tabiques de h° a° vistos. Una obra fina de terminaciones y
revestimientos esconden en la envolvente almas de poliestireno expandido para el sistema de
acumulación y conservación de energía.
En la altura de dintel el sistema cambia. El modo constructivo es una combinación de estructura
metálica reticulada y correas de madera conformando un conjunto que estructura la envolvente y los
techos inclinados. La estructura metálica queda escondida por tabiques de ladrillo a la vista en el
interior y revestidos por placas de piedra simipulidas por el exterior. Los techos inclinados son de
correas de madera que soportan un compuesto de multicapas. La cara interior es de placa de MDF
18mm, más aislamiento térmica 70mm poliestireno, una capa de nivelación y protección de
granulado de hormigón alivianado con perlitas de piloestireno y chapa trapezoidal de 2mm de
espesor al exterior resistente al granizo.
El elemento de articulación de los dos componentes constructivos es una viga de dintel compuesta
por dos UPN de 18cm separados por 5cm de espesor que aloja aislación térmica y permite la
continuidad de la capa aisladora, evitando puente térmico. Esta articulación permite conjugar el
sistema constructivo de aparejo murario de basamento y el sistema estructural liviano de acero y
madera del estrato superior. (Imagen 4)
Piedras y maderas, son los materiales resistentes al uso y al tiempo. Hormigón armado y acero
desarrollan los componentes estructurales al tiempo que distinguen, ordenan y diferencias las
partes. Hormigón y ladrillo incorporados al interior aseguran una carga de acumulación más que
suficiente. Cada encuentro, detalle y articulación se posa en un sencillo juego de ingeniería
constructiva.(Imagen5)
Imagen 4: colocación de aislación térmica en tabiques livianos, A)
colocación de alfajías horizontales; B) colocación de poliestireno expandido
Imagen 5 Vistas y de frente Norte y de entrada con cochera.
Resultado:
La operación consiste en combinar tecnologías convencionales, tradicionales y las experimentadas
constructivamente con solvencia en la zona, adecuadas a las tecnologías bioclimáticas,
desarrollando una aplicación no convencional.
Resulta interesante observar el Grafico 11, en el que se presenta el diagrama bioclimático de la
localidad de San Rafael, con las temperaturas y humedad medias mensuales del aire exterior y la
zona de confort (línea verde) dentro de la cual, se indican la temperatura y humedad para las
cuales, el 80% de las personas se encuentran en confort térmico. (Esteves:2010) Se indican
además los valores de la temperatura y humedad de los puntos relevados en el interior de la
vivienda en cuestión. Como se puede observar, la totalidad caen dentro de la zona de confort
térmico. (gráfico 12)
Diagrama Bioclimático - San Rafael
Temperaturas e iluminacion en vivienda
600
25
500
400
20
300
15
200
10
3-12-06 20:00
3-12-06 6:00
3-12-06 13:00
3-11-06 23:00
3-11-06 9:00
3-11-06 16:00
3-11-06 2:00
3-10-06 19:00
3-10-06 5:00
3-10-06 12:00
3-9-06 22:00
3-9-06 8:00
3-9-06 15:00
3-9-06 1:00
3-8-06 18:00
3-8-06 4:00
3-8-06 11:00
3-7-06 21:00
3-7-06 7:00
3-7-06 14:00
5
100
0
dormitorio
exterior
ilum. estar
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Temperatura de Bulbo Seco [°C]
días
estar íntimo
Humedad absoluta
[mmHg]
30
Iluminación interior
[luxes]
700
3-7-06 0:00
Temperatura [C]
Trabajo Oficina: 1 cló, 1 met
35
ilum.dorm.
Graf 11: mediciones de temperatura e iluminación natural en espacios interiores y
temperatura exterior.
Gráfico 12: diagrama bioclimático de San Rafael y los
valores registrados en el interior (rombitos en rojo)
Conclusión:
Poner en consideración e indagar acerca de las pautas que conecta la técnica como factor de
orientación de la construcción sustentable ha permitido visualizar condiciones que desafían las
convenciones tipológicas, formales, materiales y conceptuales en materia de la arquitectura
contemporánea. Los ejemplos analizados no pretenden condensar un universo de análisis. Todo lo
contrario, son casos válidos para el estudio porque forman parte de experiencias concretas del
programa de investigación que avanza sobre inquietudes y objetivos sobre la tensión entre la
técnica, la tecnología y materialidad tectónica; frente al campo del conocimiento de la
instrumentalidad sustentable. Estos casos proto-analizados, permiten conjeturas que tratan sobre la
materialidad y la estructura formal. Tensión en el cual en modo constructivo está involucrado, las
implicaciones conceptuales de la organización, el tipo y el material que dan impulso a las ideas
arquitectónicas, no permanecen ajenas a las circunstancias planteadas desde lo técnico.
En este recorte, lo principal es destacar que la técnica no es una mera instrumentalidad frente a lo
sustentable, que los materiales y las tecnologías alternativas no ofician de medios para resolver
objetivos pragmáticos en relación a mejoras de indicadores eco-ambientales. La técnica es
instructiva, porque demarca la tendencia a favor de la organización material. La organización
material a favor del procedimiento constructivo, cuya sintaxis va a favor de la entidad lingüística. No
obstante, el trabajo pone en consideración los alcances formales capaces de resolver los problemas
que la construcción implica y la inventiva formal producto de las estrategias de escritura o
mecanismos sintácticos que hay frente a la instrumentalidad sustentable. Atender a la
instrumentalidad técnica de la sustentabilidad implica considerar el rol de la técnica en tensión a los
principios formales capaces de resolver los problemas que la construcción implica.
Referencias:
Esteves, A; Gelardi; D; Técnicas Constructivas y materiales de bajo consto energético en la arquitectura
sustentable. Caso proyecto y construcción de vivienda en Centro-Oeste de Argentina. DICYTV - Universidad de
Mendoza. Enviado resumen a XXXIII Encontro Nacional de Tecnología do Ambiente Construido ± Canella,
Brasil 6-8 de Octubre de 2010.
Gelardi D., Esteves A; PROYECTO Y CONSTRUCCION SUSTENTABLE DEL EDIFICIO DE LA ESCUELA
DE MUSICA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO. DICYTV - Universidad de Mendoza, Sampieri F.,
Barea G., Inchauspe F., Gómez Piovano J., Cugnini E. INESTUDIO Arq. Asociados. Enviado resumen a XXXIII
Encontro Nacional de Tecnología do Ambiente Construido ± Canella, Brasil 6-8 de Octubre de 2010.
Eisenman¸ P; 2008. Diez edificios canónicos. 1950-2000. Ed. Gustavo Gili. Barcelona.
Stocco Susana, MDUtD $OLFLD &DQWyQ \ (ULFD 1RUPD &RUUHD ³Pautas para el
DISEÑO de PLAZAS URBANAS EN ZONAS ÁRIDAS. El caso de la ciudad de
0HQGR]D$UJHQWLQD´Laboratorio de Ambiente Humano y Vivienda - Instituto
Ciencias Humanas Sociales y Ambientales (CONICET). Mendoza.)
Pautas para el DISEÑO de PLAZAS URBANAS EN ZONAS ÁRIDAS. El caso de la
ciudad de Mendoza, Argentina.
RESUMEN
El presente trabajo aborda el estudio de una de las categorías presentes en el sistema integral de
HVSDFLRVYHUGHV³/DVSOD]DV´(OREMHWLYRHVHYDOXDUHOHIHFWRFRPELQDGRGHORVGLVWLQWRV elementos
que componen el diseño de la misma y como inciden en la calidad energético-ambiental del espacio
en sí mismo y del ámbito urbano-edilicio en el que se insertan. Con el fin de proponer diferentes
combinaciones de variables para un diseño eficiente de plazas de zonas áridas.
Para ello se evaluaron tres plazas representativas del Área Metropolitana de Mendoza, Argentina.
Se monitorearon microclimáticamente durante el verano de 2012-2013 diferentes estructuras dentro
la plaza y el entorno urbano de las mismas. Los resultados muestran la importancia de las plazas
como espacio regulador de las condiciones térmicas del entorno construido mediato, siendo el
efecto más notorio durante el periodo de enfriamiento y mayor su magnitud cuanto mayor es la
relación verde sellado de la plaza. Además, ponen de manifiesto la necesidad de revisar las plazas
existentes, en cuanto a su diseño, dado que el esquema tradicional parece no ser el que combina
en forma más eficiente las distintas variables involucradas en el comportamiento térmico de la
plaza: materialidad, distribución de la vegetación y exposición solar.
Palabras clave: Diseño eficiente, Plazas, Vegetación urbana, Zonas áridas.
INTRODUCCÓN
Las necesidades de la vida moderna fueron estructurando las ciudades en función de los nuevos
requerimientos y generando alteraciones ambientales en el clima de las mismas. El aumento
acelerado de la población, la densificación de la trama urbanizada, el uso masivo de superficies de
hormigón y pavimentos, la falta de espacios verdes, la modificación del balance radiativo el
LQFUHPHQWRGHOFDORUDQWURSRJpQLFRKDQJHQHUDGRHOIHQyPHQRGHQRPLQDGR³LVODGHFDORUXUEDQR´
Este produce efectos negativos en las condiciones ambientales de la ciudad, acrecentando el
consumo de energía para el acondicionamiento térmico de los edificios, depreciando la habitabilidad
térmica de los espacios públicos e incrementando los agentes contaminantes que repercuten en la
salud y la calidad de vida de sus habitantes. Para su mitigación se han propuesto diversas
estrategias, entre las más reconocidas la incorporación de espacios abiertos vegetados en las
ciudades.
Incorporar espacios abiertos vegetados a las ciudades no sólo contribuye a mejorar las condiciones
ambientales, sino que aporta beneficios sociales. En cuanto a sus beneficios ambientales mejoran
el microclima de la ciudad; atenúan las temperaturas extremas, controlan la radiación solar (llegan a
reducir hasta el 90% de la radiación sobre las superficies) (Heisler, 1986), disminuyen brillos y
reflejos; (Sorensen, et. Al. 1996), optimizan las condiciones de confort, contribuyen a la
rehidratación de la atmósfera y al refrescamiento del aire en zonas de climas áridos. (Rosenfeld,
et.al. 1998; Santamoris, 2001). La combinación de la sombra arrojada por el árbol, los niveles de
evapotranspiración y los efectos del viento pueden reducir la temperatura del aire hasta 5 ºC
(Akbari, et al.1992). En cuanto a sus beneficios sociales, son utilizados por los habitantes para
realizar paseos, actividades deportivas y educativas. Adicionalmente atenúan la dureza de los
espacios materializados y hacen habitables los espacios para uso recreativo. (Cantón, 2003). Es por
ello que garantizar la presencia de espacios verdes en las ciudades contribuye a alcanzar la
sustentabilidad del desarrollo urbano.
Actualmente, existen estándares internacionales que establecen la relación deseable entre espacios
verdes y construidos en la trama urbana (Diagnostico físico-ambiental Mendoza UNC, Organización
Mundial de la Salud). Uno de estos índices es la cantidad de metros cuadrados de espacio verde
por metros cuadrados de espacio construido. Sin embargo, este índice pone énfasis sólo en las
superficies involucradas pero no en sus características de diseño, tipo de espacio verde, distribución
y esquemas de vegetación. En la literatura internacional se ha avanzado significativamente en torno
al estudio de los beneficios de los espacios verdes pero aún es incipiente el avance del
conocimiento respecto a sus características de diseño para maximizar sus beneficios sobre la
trama urbana.
Descripción de la ciudad de Mendoza.
La ciudad de Mendoza, presenta una estructura urbana que difiere de la mayoría de las ciudades de
zonas áridas caracterizada por una trama abierta, con fuerte presencia de espacios, verdes:
parques, plazas y arbolado de alineación. El rol principal de esta trama verde es generar sombras
sobre el espacio construido disminuyendo la acumulación de calor sobre las superficies duras de la
ciudad. La trama urbana es resultado de la influencia de las ideas higienistas del urbanismo francés
de mediados del SXIX. (Ponte, 2008). La ciudad nació y creció con un fuerte contenido de espacios
verdes, presentando una relación de 64 manzanas construidas y 8 manzanas destinadas a plazas.
Esta relación indica que el 12,5% de la trama urbana estaba destinada a espacios abiertos
vegetados. Sin embargo este modelo se ha debilitado debido al proceso de crecimiento de la
ciudad, el cual no ha respetado las proporciones fundacionales en cuanto a la relación manzanas
construidas-vacías destinadas a plazas. Se han incrementado los espacios construidos sin respetar
su relación con los espacios abiertos vegetados. En la actualidad solo el 2 % de la trama urbana
está destinada a plazas. (Stocco et. al 2013)
Diagnostico general de las plazas de Mendoza.
El relevamiento de las plazas realizado en la ciudad de Mendoza, indica que es una de las
categorías de espacio verde más relevante dentro de la trama urbana, conformando un 30%
del total de espacios verdes. Desde el punto de vista de la forma y la superficie de las
mismas, la plaza cuadrada con un área próxima a los 10.000 m2 es la tipología que más se
repite en el ámbito en estudio y es el resultado de la trama fundacional en damero con
manzanas cuadradas de 100 x 100. En cuanto al diseño de plazas adoptado, el modelo
frecuente se relaciona al tipo conmemorativo, en el cual se observa la presencia de grandes
explanadas como sitio de reunión (se trata de un espacio abierto siempre expuesto a la
radiación solar). Respecto a los esquemas de vegetación, se observa que los mismos son
de relevancia paisajística, priorizando la estética del espacio; y sin consideración en lo que
respecta al uso de la vegetación como sistema de bioclimatización. En cuanto al contexto
de inserción podemos ver que es variado y que estos espacios se localizan tanto en alta
como en baja densidad edilicia; sin mostrar relación de dependencia con la zonificación de
la ciudad de acuerdo a los usos del suelo.
Objetivos
El presente trabajo aborda el estudio de una de las categorías presentes en el sistema integral de
HVSDFLRVYHUGHV³/DVSOD]DV´(OREMHWLYRHVHYDOXDUHOHIHFWRFRPELQDGRGHORVGLVWLQWRVHOHPHQWRV
que componen el diseño de la misma y determinar la incidencia en la calidad energético-ambiental
del espacio en sí mismo y del ámbito urbano-edilicio en el que se insertan. Con el fin de proponer
diferentes combinaciones de variables para un diseño eficiente de plazas de zonas áridas.
METODOLOGÍA
En este estudio se evaluaron tres plazas cuyas tipologías son representativas del AMM. Durante el
verano de 2012-2013 fueron monitoreadas microclimáticamente diferentes estructuras (bosque,
prado y centro) presentes en la plaza y el entorno urbano de la misma. Se seleccionaron cinco
puntos interiores de medición y dos exteriores, cuya localización coincide con un eje direccionado
en el sentido Norte-Sur que contiene los esquemas o estructuras nombradas.
Las estructuras se definen: Bosque es un área donde la vegetación predominante la constituyen
los árboles de gran porte, cuyo solapamiento de copas genera áreas de sombra y huecos
de tamaños variables. Prado es un área donde predominan las superficies de césped y
vegetación herbácea perenne de escasa altura. Centro corresponde a un área donde
predominan las superficies selladas, conformando un lugar de encuentro.
&RQHOILQGHDQDOL]DUODLQIOXHQFLDGHOGLVHxR\ODPDWHULDOLGDGGHODV³SOD]DV´HQVXFRPSRUWDPLHQWR
térmico se desarrollaron mediciones fijas de temperatura y humedad del aire, y se determinó el
factor de visión de cielo para caracterizar las condiciones radiativas de los puntos medidos. Los
criterios metodológicos seguidos corresponden a los descriptos por Stocco et. al 2013
Se ubica en el centro de la ciudad
de Mendoza, en un contexto de
alta densidad edilicia. Los edificios
que la rodean alcanzan una altura
promedio de 20 metros, forma
parte del conjunto primario de
espacios abiertos definidos en la
segunda fundación de la ciudad.
Alcanza una superficie de 11.699,80
m2, Su organización interna está
compuesta por un núcleo central
predominantemente semi-sellado,
con la presencia de un monumento
principal. Alrededor se sitúan las
áreas vegetadas. Los espacios
están agrupados con referencia a
un sistema radial.
En cuanto a su materialidad expresa
las transformaciones que sufrieron
las plazas incrementando las áreas
selladas (57,25%) y disminuyendo
los espacios verdes (42.50%).
Presenta una relación sellado/verde
de 0.75:1.
Al igual que la plaza San Martín la
plaza Chile se ubica en el centro
de la ciudad de Mendoza, en un
contexto de media densidad
edilicia, las alturas de los edificios
que la rodean tiene una altura
entre 10 a 18 metros, forma parte
del conjunto de espacios abiertos
primarios de la ciudad.
Su superficie es de 11.995,28 m2,
Su organización interna consta con
un
núcleo
central
predominantemente semi-sellado,
con la presencia de una fuente
principal. Alrededor se sitúan las
áreas verdes. Los espacios están
agrupados con referencia a un
sistema radial.
El proceso de modernización de la
plaza mantuvo un equilibrio entre
superficies selladas (45.63%) y
superficies
verdes
(48.27%).
Presenta una relación sellado/verde
de 1.05:1.
Con una superficie total de 7.358,51
m2, Su organización interna se
caracteriza por un núcleo principal
sellado, desfasado del centro. Los
La plaza ha conservado su
estructura material original. Está
compuesta
por
54.70%
de
superficies verdes, 12.82% de
Caso3: Plaza Manuel
Belgrano.
Caso2: Plaza Chile
aso1: Plaza San Martín
Casos de estudio
Se ubica en el área denominada
Barrio Cívico en la Ciudad de
Mendoza, en un contexto de baja
densidad edilicia, las alturas de
las edificaciones que lo rodean no
superan los 9 metros.
espacios verdes están agrupados
en relación a un sistema de líneas
que acompañan la forma triangular.
superficies selladas y un 32.47% de
ladrillo molido y ripio, predominando
las superficies verdes. Su relación
sellado/verde es de 7,25:1.
RESULTADOS
San Martin
Chile
Manuel Belgrano
SVF= 82%
SVF= 55%
SVF= 60%
SVF= 71%
SVF= 30%
SVF= 42%
SVF= 21%
SVF= 26%
SVF= 24%
Bosque
Prado
Comportamiento Térmico
Comportamiento térmico y factor de visión de cielo en relación al recorrido solar en las estructuras
evaluadas.
Análisis de las estructuras dentro de la Plaza.
Se presentan los resultados del análisis comparativo del comportamiento térmico de cada
estructura dentro de la plaza en relación a la morfología de la misma y las características de su
entorno mediato.
- Estructura de centro.
En términos generales, la curva del comportamiento térmico de la estructura de centro de la plaza
San Martín muestra las temperaturas máximas y mínimas más elevadas 38°C ± 20°C, la plaza
Manuel Belgrano temperaturas más bajas 35.5°C- 16°C y la plaza Chile una condición intermedia
35.5°C- 18.5°C.
La plaza San Martin presenta las mayores temperaturas debido a la mayor exposición solar del
espacio en las horas del día donde es mayor la intensidad de la radiación solar y al predominio de
las superficies selladas que conforman el espacio de encuentro.
La estructura de centro que muestra una mayor variación de temperatura entre el día y la noche es
la plaza Manuel Belgrano mostrando una diferencia de 19.5°C.
Del análisis del comportamiento de la estructura, su morfología y las variables que participan de los
fenómenos de transferencia de calor se desprende que la condición térmica de la estructura de
centro depende del efecto combinado de tres variables ± SVF, distribución de la vegetación,
materialidad ± presentando un rango de variación de las temperaturas máximas de 2.5°C y de las
temperaturas mínimas de 4°C.
- Estructura de prado.
Las estructuras de prado correspondientes a las 3 plazas en estudio muestran un patrón de
comportamiento semejante a las estructuras de centro en torno a las temperaturas máximas: la
plaza San Martín presenta las temperaturas más elevadas 38°C, la plaza Chile condiciones térmicas
intermedias 35°C y la plaza Manuel Belgrano las temperaturas más bajas 34, 5°C.
Las temperaturas mínimas muestran valores semejantes en el caso de la plaza San Martin y Chile
del orden de los 19°C y la plaza Manuel Belgrano alcanza las temperaturas más bajas - 17.5°C-. Si
bien ambas estructuras -San Martín y Chile- alcanzan la misma temperatura, la primera tiene una
mayor diferencia de temperatura entre el día y la noche -19°C- mientras que en la segunda, la
diferencia es de 16°C. Esta diferencia de temperatura es semejante en la plaza Manuel Belgrano
17°C.
De las tres configuraciones de prado evaluadas, el prado correspondiente a la plaza San Martin
muestra el comportamiento típico de un espacio abierto vegetado: máximas temperaturas y amplitud
térmica. En el caso de la plaza Chile y Belgrano, la condición más cerrada del espacio define
mayores condiciones de sombra que generan menores temperaturas durante el día y menor
capacidad de enfriamiento durante la noche.
- Estructura de bosque.
El comportamiento térmico de las estructuras de bosque correspondiente a las tres plazas muestra
temperaturas máximas del orden de los 33°C. En cuanto a las temperaturas mínimas la plaza
Manuel Belgrano presenta las temperaturas más bajas 18°C y las plazas San Martin y Chile
temperaturas similares 19,5°C.
La estructura de bosque de la plaza Manuel Belgrano presenta diferencias de temperatura entre el
día y la noche de 15°C mientras que las dos restantes - plaza San Martin y plaza Chile - presentan
diferencias similares entre sí de 14°C.
Durante las horas del día, las tres plazas tienen condiciones térmicas semejantes que dependen de
las sombras proporcionadas por la estructura del bosque. Durante la noche el comportamiento
térmico depende de la relación verde/ sellado en el cual se inserta la estructura analizada a igualdad
de apertura a la bóveda celeste del espacio.
Análisis del Entorno
Entorno Norte
Entorno Sur
SVF= 20%
SVF= 32%
SVF= 10%
SVF= 25%
SVF= 60%
SVF= 40%
Plaza Manuel Belgrano
Plaza Chile
Plaza San Marín
Comportamiento Térmico
Comportamiento Térmico y recorrido solar
Análisis del comportamiento térmico de cada plaza en relación al entorno.
La plaza San Martin durante el día presenta frecuentemente temperaturas más elevadas que su
entorno mediato, la estructura de centro alcanza las mayores temperaturas 38°C y diferencias con
el entorno más caliente de la plaza del orden de los 5,5 °C. La estructura de bosque presenta
diferencias de hasta 1°C por encima de su entorno más caliente.
Durante la noche las temperaturas de la plaza se encuentran en general a igual o menor
temperatura que su entorno, la estructura más fresca dentro de la plaza es el prado. Presenta
diferencias máximas de temperatura con sus entornos de 1.5°C. Esto se debe a la condición verde y
abierta de la estructura de prado.
Las estructuras de centro y prado de la plaza Chile muestran un comportamiento variable con
temperaturas comprendidas entre las temperaturas de sus entornos o superiores a ellas. La
estructura de bosque siempre se encuentra a menor temperatura que sus entornos. Para el periodo
de la noche las temperaturas de la plaza se encuentran próximas a las temperaturas de sus
entornos. Durante el día, la estructura de centro es la que alcanza las mayores temperaturas 35.5°C
y diferencias con su entorno más caliente de 1°C. La estructura más fresca de este periodo es el
bosque que presenta diferencias de 1°C por debajo del entorno más caliente. Esto se debe a la
diferencia de materialidad entre la estructura analizada -verde- y el entorno de la plaza - sellado-.
Durante la noche la estructura más fresca dentro de la plaza es el centro 18.5°C. Presenta
diferencias máximas de temperatura de 1°C respecto a sus entornos y la estructura de bosque se
encuentra en condición de equilibrio térmico con sus entornos.
La plaza Manuel Belgrano se encuentra siempre más fresca que sus entornos tanto durante el día
como la noche. Durante el día la estructura dentro de la plaza que presenta las mayores
temperaturas es el centro 36°C y registra diferencias hasta 3°C por debajo de sus entornos. Este
comportamiento se relaciona con la predominancia del verde en la plaza (relación Verde sellado
7.25:1) que regula el comportamiento térmico de la estructura de centro apartándola de las
características propias del espacio. Durante el día la estructura más fresca es el bosque. Presenta
diferencias hasta 6°C por debajo de las temperaturas de sus entornos. Durante la noche la
estructura más fresca, el prado 17,5°C, se encuentra 2°C más fresca que su entorno. Durante este
periodo, la estructura más caliente dentro de la plaza es el bosque 18°C, se encuentra 1.5°C más
fresca que sus entornos. Esto se debe a la condición verde y la menor exposición solar durante el
día de la estructura respecto a la condición sellada y más abierta de sus entornos.
CONCLUCIONES
Estos resultados muestran la importancia del diseño de las plazas como herramienta para la
regulación de las condiciones térmicas del entorno construido. Sus beneficios son más notorios
durante la noche y mayores cuando crece la relación verde- sellado de la plaza. Este
comportamiento es importante si se tiene como objetivo mitigar el fenómeno de isla de calor urbana
nocturna en la ciudad de estudio.
Durante el día solo actúan como atenuador de las condiciones climáticas del entorno aquellas
plazas en las que la proporción de espacio verde es significativamente mayor que la de espacio
sellado.
Desde el punto de vista del diseño de la plaza hay dos características que regulan las condiciones
térmicas de estos espacios, la primera está asociada a la relación superficie vegetada, superficie
sellada, siendo más benéfica la que presenta mayor superficie vegetada.
La segunda característica de mayor impacto en las condiciones térmicas, se relaciona con el tipo de
estructura ±bosque, prado o centro- que predomina en el diseño de la plaza. Durante el día la
estructura térmicamente más eficiente es el bosque ya que presenta las temperaturas más bajas,
esto se debe al solapamiento de las copas de los árboles que generan áreas de sombra. Esta
condición mejora la habitabilidad del espacio.
Durante la noche la estructura que presenta temperaturas más bajas es el prado porque presenta un mayor
acceso a la fuente de enfriamiento (cielo) y una materialidad verde césped. Esto también ocurre en ciertas
estructuras de centro donde se verifica una mayor apertura de bóveda y el área sellada se encuentra sombreada
por lo que disminuye la acumulación de calor durante el día. Esto sucede en la estructura de centro
correspondiente a la plaza Manuel Belgrano.
En términos de diseño y teniendo en cuenta los comportamientos mencionados anteriormente para
cada una de las estructuras analizadas; una plaza eficiente térmicamente tiene que considerar:
- Concentrar las áreas selladas destinadas a espacios de reunión y circulaciones para proporcionar
sombras sobre ellas y de esta forma hacer confortables los espacios de uso.
- Manejar la geometría del espacio y la disposición de la vegetación de modo de bloquear el
recorrido solar en verano. Utilizar especies caducifolias para garantizar el acceso al sol en invierno.
- Generar aéreas de prado, para propiciar el refrescamiento nocturno durante el verano, y de este
modo contribuir a mitigar los efectos de isla de calor urbana.
- Controlar con bosques las temperaturas máximas durante el día.
Analizando el comportamiento de cada una de las estructuras presentes en las plazas (centro,
bosque y prado) respecto de sus entornos, se observa lo siguiente: En la Plaza Manuel Belgrano
(con una mayor relación de superficies verdes sobre sup selladas) las diferentes estructuras están
siempre más frescas que sus entornos, (presentando durante el día diferencias de hasta 6°C y
durante la noche de hasta 2°C). Mientras que en la plaza San Martin y Chile (relación verde sellado
0.75: 1 y 1:1 respectivamente) algunas estructuras presentan temperaturas mayores o similares a
las de sus entornos durante el día y similares o levemente más frescas durante la noche. Esto
refuerza la hipótesis que el incremento de la relación verde-sellado mejora el potencial del espacio
como regulador de las condiciones térmicas de la ciudad y la eficiencia de cada estructura en sí
misma.
En relación a la situación actual de las plazas de Mendoza el esquema tradicional presenta en su
mayoría una distribución simétrica de los espacios, con grandes áreas selladas sin sombra y donde
las áreas selladas y las áreas vegetadas están distribuidas sin cuidar su relación con la exposición
solar, esto disminuye los beneficios del espacio desde el punto de vista térmico. Tanto en lo que
refiere a la habitabilidad del mismo como su efecto para el enfriamiento de la ciudad.
Si bien las plazas cumplen funciones ambientales imprescindibles para ciudades en clima árido; se
debe poner especial consideración en las distintas variables que determinan su diseño, de modo de
garantizar y potenciar los beneficios de éstos espacios.
Referencias
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Luis Fernando Rengifo y 6LOYDQD )ORUHV /DUVHQ ³¿ES ACONSEJABLE LA
'2%/( 3,(/ '( 9,'5,2 (1 &/,0$6 &21 $/7$ 5$',$&,21 62/$5"´
(INENCO ± Instituto de Investigaciones en Energía. No Convencional
(Universidad Nacional de Salta ± CONICET)
¿ES ACONSEJABLE LA DOBLE PIEL DE VIDRIO EN CLIMAS CON ALTA
RADIACION SOLAR?
Luis F. Rengifoa, Silvana Flores Larsenb
GRG. Arquitectos asociados SRL. Socio Gerente. Avenida del golf 1, tres cerritos (4400)
Salta, Argentina - [email protected]
b
Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO) ± Universidad
Nacional de Salta ± CONICET, Avda. Bolivia 5150, 4400 (Salta), Argentina ±
[email protected]
a
RESUMEN: Se analiza la influencia de fachadas de doble piel en el comportamiento
térmico de un edificio de oficinas en un clima templado cálido del noroeste de Argentina.
Un edificio con doble fachada de vidrio al oeste y doble fachada jardín al este, fue medido
durante tres meses y se acotaron los datos a los 15 días de mayor temperatura. Esta
investigación concluye que la doble fachada vidriada genera un ahorro en refrigeración
durante las horas de altas temperaturas superior al 52% comparado con una fachada
simple. Si la actual doble fachada vidriada se ventila más, ese ahorro supera el 66%. En
horas de temperaturas bajas se genera un aumento en el consumo de calefacción superior
al 10%. Las cargas totales estimadas indican que la doble fachada vidriada representa un
ahorro anual del 13.5%, y con más renovaciones de aire en la época de mayores
temperaturas, el ahorro supera el 19%.
Palabras clave: doble piel de vidrio, arquitectura bioclimática, simulación computacional,
SIMEDIF, energía solar
INTRODUCCION
La conservación de energía en los edificios es uno de los principales factores que
preocupan hoy en día dado el gran consumo que representan los sistemas mecánicos de
acondicionamiento del aire. Algunos países han comenzado a centrar su atención en el
uso generalizado de los aires acondicionados, dado los problemas que éstos generan en
las horas pico de carga, inclusive en latitudes donde el clima es altamente benigno.
La tecnología de doble piel de vidrio o doble fachada vidriada, de reciente inclusión en el
país, es un sistema compuesto por una fachada vidriada tradicional a la que se le
sobrepone otra a una distancia determinada de tal manera que el aire circula en el espacio
intermedio entre esas dos capas. Es una tecnología de un costo inicial alto que, según
trabajos de investigación recientes, permitiría obtener un 30% de ahorro en calefacción en
climas fríos del hemisferio Norte. La mayoría de los estudios realizados corresponden
principalmente a climas moderados (Europa, Estados Unidos, Canadá y Japón). En climas
áridos, con altas temperaturas y niveles de insolación, este estudio se limita casi
exclusivamente a ciudades del Cercano Oriente y Egipto. Para climas áridos, de gran
amplitud térmica y altos niveles de insolación en verano (como el del Noroeste argentino),
el estudio de este tipo de fachadas es aún incipiente, estimándose que puede existir un
gran aumento de las cargas de enfriamiento del edificio en los periodos calurosos de
primavera, verano y otoño. No existe información que permita asegurar que con los
sistemas de doble fachada se pueden obtener ahorros energéticos en los climas
mencionados, sin embargo, en los últimos años se han comenzado a construir
edificaciones con este tipo de fachadas, no como una solución arquitectónica bioclimática
sino mas bien como una demanda HVWpWLFD TXH RIUHFH XQD LPDJHQ ³FRQWHPSRUiQHD´ \
corporativa exitosa. En Argentina, hay muy pocos ejemplos de edificios con fachadas de
doble piel, por lo que no existen a la fecha trabajos de investigación nacionales en los
cuales estas fachadas especiales hayan sido medidas experimentalmente. Sin embargo el
boom de edificios totalmente vidriados sin protección alguna y sin tener en cuenta su
orientación, sí está muy anidado en el país, que por supuesto, no fue ajeno a la influencia
que se ha dado en el mundo entero.
Por otra parte, el desarrollo de software específico para la simulación térmica de sistemas
de doble fachada aún es complejo y escaso y la mayoría de las investigaciones hechas en
edificios construidos se han llevado a cabo en climas fríos o moderados. Pocas
investigaciones sobre el comportamiento térmico de fachadas dobles han sido hechas en
zonas cálidas o áridas y los estudios que han abordado estas investigaciones se han
basado en simulaciones computacionales o en la verificación de los resultados mediante el
uso de métodos experimentales. Como consecuencia evidente de todo esto, las bondades
reales de los sistemas de doble fachada, y su viabilidad económica en el tiempo, siguen
siendo, pese a su creciente aceptación, objeto de escrutinio científico.
Este trabajo presenta los resultados del monitoreo del primer edificio con doble fachada
vidriada construido en la ciudad de Salta, siendo el primer edificio de este tipo que se
monitorea en Argentina. Es un extracto de la tesis de maestría en arquitectura bioclimática
de uno de los arquitectos diseñadores del edificio con la asesoría de investigadores del
Laboratorio de Edificios Bioclimáticos del INENCO (Instituto de Investigaciones en Energía
No Convencional, Universidad Nacional de Salta- CONICET). Este estudio permite evaluar
con mayor precisión el desempeño de este tipo de soluciones bioclimáticas en latitudes
donde las condiciones climáticas ponen en duda su real aporte al confort interior. Este
estudio resulta oportuno dado el inicio del desmonte progresivo de los subsidios a la
energía en Argentina y en el mundo entero.
BREVE DESCRIPCION DEL CLIMA Y DEL EDIFICIO
Clima del lugar
/DFLXGDGGH6DOWDODWƒ¶¶¶6ORQJƒ¶¶¶2VHHQFXHQWUDDPHWURV sobre el
nivel del mar. El clima se clasifica como subtropical con estación seca con amplitudes
térmicas mayores a 14ºC (IIIa de la clasificación bioambiental de la República Argentina,
Norma IRAM 11603). La Tabla 1 muestra los datos climáticos de la ciudad de acuerdo a la
estación del año. En invierno hay predominancia de cielos despejados, con valores de
irradiación solar sobre superficie horizontal de alrededor de 10 MJ/m2. En verano, la
irradiación solar alcanza los 19.5MJ/m2. (ver Tabla 2)
Tabla 1: Clima estacional para la ciudad de Salta. (Servicio Meteorológico Nacional)
Tabla 2: Radiación media, heliofanía y horas de sol.
En la carta psicrométrica para Salta (ver figura.1), se observa que en los meses más fríos
se requiere de calefacción convencional. En promedio, el 70% del tiempo la temperatura
exterior está por debajo de la zona de confort térmico, es decir, se requiere de calefacción
(solar o auxiliar), como muestra la Figura 2.
Figura 1: Diagrama psicrométrico para la ciudad de Salta.
Figura 2: temperaturas promedio horarias (arriba) y valores porcentuales (abajo). Blanco: temperatura en la
zona de confort térmico (>20.5ºC <26ºC); Amarillo: temperaturas mayores que 26ºC; Azules: temperaturas
menores que 20.5ºC.
Descripción del edificio
El edificio PALERMO es una torre de oficinas de 5.500 m2, construido entre medianeras
sobre un terreno de 738 m2 en el microcentro de la ciudad de Salta capital (Figura 3). Tiene
un local comercial en planta baja y 5 pisos de oficinas con tres niveles de subsuelo. En
promedio hay 10 oficinas por piso entre los 30 ± 70 m2 cada una. A partir del segundo piso
y hasta el quinto, hay una doble piel vidriada curva separada de la fachada interior anclada
con el sistema Spyder, de 12m de altura. En su lado más angosto la separación es de 1 m
y en sus extremos llega a los 1.70 m. La doble piel es un cristal templado de 12mm con
serigrafiado al 60% (negro). Los laterales de la doble piel son abiertos y la base cerrada.
En el primer piso igualmente hay una doble piel de vidrio totalmente recta, de 3 m de
altura, separada 2 m de la fachada interior. Es de vidrio templado de 12mm y serigrafiado
al 60% (blanco) y está abierta por los cuatro laterales (muy ventilada).
Figura 3: Planta y corte arquitectónico del edificio Palermo.
Descripción de materiales de la envolvente
Muros medianeros: son los de orientación norte ± sur, construidos como cerramiento de
la estructura portante del edificio; están pintados con material elástico texturizado en color
claro. Los materiales de los que está compuesto son: ladrillo cerámico hueco 12x18x30
cm, revoques de cemento, pinturas, barrera de vapor, aislamiento en lana de vidrio y
acabado interior en placas de yeso. La resistencia térmica es R= 1.28 m2K/W y la
transmitancia térmica es U= 0.78 W/(m2K).
Carpintería vidriada: todas las oficinas tienen ventanas DVH con vidrios espejo de calor
(StopSol gris 6mm + cámara de aire + vidrio claro (3+3)mm) de piso a techo. Las
carpinterías en fachadas este - oeste, ocupan un 100% de la superficie del muro, excepto
las oficinas en los extremos norte y sur; del lado oeste (DSF vidriada), en las que ocupan
un 50% de la superficie de fachada. La transmitancia térmica del DVH, en carpinterías al
oeste, indican un valor de transmitancia térmica K= 2.8 W/(m2K). El factor solar del vidrio
con Stop Sol es del 37%. Comparado con la transmitancia de los muros medianeros, se
observa que las pérdidas y ganancias serían mayores por la carpintería DVH que por el
muro medianero aislado.
Aislamiento en terraza: La terraza tiene una superficie de 521 m2 de los cuales al sacar el
tanque de agua, está expuesta en 441 m2(OVLVWHPDGHWLSR³SLVRIORWDQWH´HVWiIRUPDGR
por baldosas de cemento, puntales de separación, losa de hormigón armado, carpetas de
nivelación impermeable y cielorraso descolgado de placas de yeso. La cámara de aire
superior del sistema de aislamiento de la terraza, está ventilada permanentemente, y arroja
sombra sobre la losa de hormigón, mientras que la cámara interior está aislada con lana de
vidrio. La transmitancia térmica resultante es de U= 0.33 W/(m2K). Como se observa, la
transmitancia del sistema constructivo de la terraza es menor que el del muro medianero
norte y que el de la carpintería DVH, conformando un sistema de adecuada capacidad de
aislamiento térmico. Es muy importante este sistema constructivo para la terraza puesto
que en verano la radiación incidente sobre el plano horizontal es cinco veces mayor que la
absorbida por el muro medianero.
METODOLOGIA
Monitoreo experimental
En éste trabajo se evaluó la temperatura interior de las oficinas del lado Oeste, en donde
está ubicada la doble fachada vidriada, para detectar la influencia de este sistema al
interior de las oficinas en periodos calurosos. La definición del periodo para la toma de las
muestras estuvo determinada por la construcción y entrega de las oficinas a propietarios.
Se buscó evaluar la influencia de sus fachadas dobles en el interior de las oficinas vacías
(sin el aporte de cargas internas), por lo que el edificio fue monitoreado durante tres meses
de primavera/verano (5 de setiembre al 6 de diciembre de 2012), cuando aún se
encontraba desocupado, por lo que no se utilizaron los equipos de aire acondicionado.
Durante este periodo, se midieron a intervalos de 15 minutos las condiciones exteriores
(temperatura, humedad, radiación solar y velocidad de viento) y la temperatura del aire en
el interior del edificio (oficinas del 1er, 3er y 5to piso) y en la cavidad a diferentes alturas.
En la Figura 4 se observa la ubicación de los sensores según el piso; rojos en el interior,
azules en el exterior (entre las DSF). Se instalaron en todo el edificio un total de 23
equipos entre data logger tipo HOBO, solarímetros y anemómetros, dispuestos al interior
de las oficinas, entre la doble fachada este (jardín vertical, sin plantas al momento de la
medición) y la oeste (doble fachada vidriada). Además se instalaron sensores en la
cubierta y en el primer sótano (subsuelo).
Figura 4: ubicación de los sensores en un corte sobre estereográfica en tercer piso.
RESULTADOS
Monitoreo experimental
Para el presente análisis se seleccionaron, del periodo total monitoreado, 18 días del mes
de octubre (14/10/2012 y el 31/10/2012). Esta selección permitió estudiar en detalle el
periodo más caluroso del monitoreo, incluyendo aquellos días en que la temperatura
ambiente exterior alcanzó temperaturas máximas superiores a los 35ºC. Las Figuras 5, 6 y
7 muestran los resultados del monitoreo. La temperatura del ambiente exterior está
representada en línea blanca. Las líneas continuas de color representan la temperatura
LQWHULRUGHODVRILFLQDVGHQRPLQDGDV³,QWHULRU1UR2ILFLQD´\ODWHPSHUDWXUDGHODLUe entre
ODGREOHSLHOGHQRPLQDGD³'6)1UR2ILFLQD´
Figura 5: temperatura exterior e interior en las oficinas del primer piso (101 y 103 al Oeste, 108 al Este).
Figura 6: temperatura exterior e interior en las oficinas del tercer piso (301 y 303 al Oeste, 308 al Este).
Figura 7: temperatura exterior, temperatura en el interior de la oficina central del tercer piso (303, al Oeste) y
temperatura del aire en la doble fachada vidriada a la altura de la oficina 303.
Para el periodo estudiado la temperatura promedio fue de 23.6ºC, con una máxima
absoluta de 37.2ºC y una oscilación máxima de 19.5ºC, característica de las estaciones
intermedias de esta latitud. Los días de la muestra durante los cuales la temperatura se
mantuvo por dentro de la zona de confort fueron de casi el 41%.
Figura 8: temperatura exterior e interior en las oficinas del quinto piso (501, 503 Y 505 al Oeste, 508 al Este).
Las curvas de temperatura del 1º Piso (Figura 5) muestran que, aunque las oscilaciones
promedio del exterior superaron los 13ºC, la amplitud térmica promedio de las oficinas fue
de 3.2ºC debido a la masa térmica y aislamiento de su envolvente y a la baja ganancia
solar directa debido al sombreado de edificaciones vecinas. Las tres oficinas del 1º piso
tuvieron temperaturas promedio muy cercanas, todas en 25ºC. La oficina que estuvo la
mayor cantidad de días de la muestra dentro de la zona de confort (entre 20.5ºC y 26ºC)
fue la 103, que si bien da al oeste, se encuentra justo al medio del edificio y protegida por
la doble piel. La más calurosa fue la 108 (hacia el Este). Las temperaturas máximas dentro
de las oficinas fueron alrededor de 8ºC menores a las máximas exteriores. Por ejemplo, el
día 27 de octubre se registró una máxima exterior de 37.2ºC y dentro de las oficinas el
máximo registrado estuvo en alrededor de 29ºC. En cuanto a las mínimas, fueron
aproximadamente 10ºC más altas que la mínima exterior.
Las curvas de temperatura del 3º Piso (Figura 6) muestran que la amplitud promedio en las
oficinas fue de 3.0ºC. Igual que en el 1º Piso, la oficina más calurosa fue la 308 (hacia el
Este). La doble fachada al este, está diseñada para un jardín vertical, pero en la fecha de
toma de las muestras se encontraba aún sin las plantas. Esto ayuda a explicar la diferencia
según la orientación, que es bien marcada en este piso: es así como la 303 al oeste, tiene
1.2ºC menos que la 308 al este, la cual tuvo un 83.5% de días del periodo de muestra que
superó los 26ºC. La oficina 301, estuvo la mayor cantidad de días de la muestra dentro de
la zona de confort, pues está del lado norte donde las oscilaciones son las menores del
piso. Las temperaturas promedio entre la doble piel del tercer piso al oeste superan los
25ºC y las oscilaciones promedian 18.5ºC. Por ejemplo, el 27 de octubre, la oficina 303
alcanzó los 30.1ºC, es decir, cerca de 7ºC menos que la exterior, mientras que la doble piel
alcanzó los 44ºC.
En el quinto piso, se midió una oficina más que en los pisos anteriores (ver Figura 8) dado
que a esta altura, el costado sur ya tiene su medianera expuesta al intercambio con el
medio exterior. En las curvas de temperatura para este último piso que está en contacto
con la terraza, se observa que las temperaturas de las oficinas son las más altas de todo el
edificio. La oficina 508 (al Este) es la más calurosa de todas, con un promedio de 27.7ºC.
En las oficinas enfrentadas (503 ± 508), la diferencia entre sus temperaturas promedio no
llegan a 1ºC siendo la del costado este la que nuevamente es la más alta. También es
notoria la diferencia en las amplitudes térmicas: 3.6ºC en la oficina 508, la más alta del
edificio. La oscilación promedio en la doble piel de vidrio alcanzó los 19.6ºC. El día 27 de
octubre, la oficina 503 alcanza una temperatura máxima de 31.2ºC, es decir una diferencia
de 6ºC menos respecto de la temperatura exterior, mientras que la temperatura del aire en
la doble piel de vidrio rozó los 44.8ºC (la más alta registrada en el periodo), marcando una
diferencia entre el aire interior de la oficina y el aire entre la doble piel de 13.6ºC.
Observando todas las medidas realizadas, se concluye que, aunque la temperatura
exterior indica un 21.47% de los días de la muestra por debajo de los 20.5ºC, en el interior
de las oficinas la temperatura nunca descendió por debajo de la temperatura de confort.
Además, mientras que las horas en que la temperatura exterior estuvo por encima de 26ºC
fueron de casi un 40%, en el interior de las oficinas este porcentaje fue aún mayor,
destacándose que a mayor altura se registraron más cantidad de horas con temperaturas
superiores a 26ºC. Se observa que la temperatura de las oficinas sube a medida que
aumenta la altura del edificio en más de 0.5ºC por cada piso. La temperatura máxima del
aire en la DSF oeste, aumenta según la altura a razón de 0.3ºC por piso, esto es menor a
lo que aumenta en el interior del edificio. Del lado este se da un gran salto en las
temperaturas máximas del 1ro al 3er piso de más de 2ºC debido a que la oficina 108 está
en sombra durante unas 2 horas más que la 308. Las oficinas del 1º piso son las que
durante más tiempo de la muestra permanecieron en confort, mientras que las del 5º piso
son las que presentaron los porcentajes más bajos.
Simulación térmica computacional.
La simulación computacional se realizó mediante el programa SIMEDIF (Flores Larsen y
Lesino, 2001a; 2001b). Software desarrollado en el INENCO, de libre disponibilidad en
internet. Actualmente utilizado por investigadores de Argentina y el exterior. SIMEDIF
permite calcular la temperatura horaria en el interior de los locales de un edificio, analizar
su comportamiento frente a diferentes condiciones climáticas, detectar problemas de falta
de confort (sobrecalentamiento o bajas temperaturas) y evaluar las distintas alternativas
constructivas durante la etapa de diseño, como por ejemplo variaciones en la geometría
del mismo, orientación, ubicación y tamaño de áreas vidriadas, estructura y conformación
de la envolvente, materiales y sistemas de acondicionamiento pasivos e híbridos a utilizar,
etc. En edificios construidos, permite ajustar los datos medidos, de forma de conocer su
comportamiento bajo diferentes condiciones climáticas o de orientación, detectar
problemas de confort y estudiar la eficiencia de posibles alternativas de rediseño o
refuncionalización.
En el edificio Palermo, las mediciones realizadas en condiciones de no ocupación
permitieron, además de estudiar su comportamiento térmico, utilizar los datos medidos
para validar el modelo termofísico que se utiliza en la simulación computacional con
SIMEDIF. Una vez validado el modelo, se estudió por simulación computacional distintas
configuraciones de la doble piel, tanto en invierno como en verano (ventilada y sin ventilar,
con vidriado convencional y con vidriado especial de baja transmitancia). Para ello, se
calculó el consumo energético de las distintas configuraciones (con doble fachada, sin
doble fachada, con ventilación en la doble fachada, sin ventilación en la doble fachada) y
se compararon los consumos resultantes para invierno, verano y para un periodo anual.
Simulación computacional mediante SIMEDIF
Por cuestión de espacio, no es posible reproducir todas las simulaciones efectuadas donde
los datos de temperatura medidos al interior de las oficinas son comparados con la
simulación del modelo en diferentes escenarios: 1. Cuál sería la temperatura interior de la
oficina testigo (303) sin la doble fachada vidriada y 2. Cuál sería la temperatura interior de
la oficina 303 si la doble fachada vidriada estuviese más ventilada.
La simulación de cargas de enfriamiento para la oficina testigo (303), en el periodo
estudiado, en base a 24 horas y con un termómetro en 26 ºC (ver Figura 8). Se observa
que la presencia de la doble fachada vidriada con espejo de calor, resulta fundamental
para reducir el consumo en refrigeración. Se puede mejorar incluso mucho más si se
aumentan las renovaciones de aire dentro de la cavidad.
Figura 8. Cargas de enfriamiento de la oficina 303 simuladas bajo distintas situaciones: en su estado actual
(amarillo), si no estuviera la doble fachada vidriada (rojo) y en su estado actual pero con mayor ventilación de
la doble fachada (verde).
En la simulación abarcando el año completo, y considerando solamente el periodo de
ocupación (8h a 18h), se encontró que la presencia de la doble fachada vidriada al oeste,
representa para la oficina 303, un ahorro anual de 13%, pero si se aumentaran las
renovaciones de aire entre la doble piel, este ahorro podría llegar a ascender hasta un
19%.
Se estima que el ahorro en refrigeración durante las horas de altas temperaturas del año,
supera el 50% si lo comparamos con una fachada simple para este edificio, y si la actual
doble fachada se ventilara mas, el ahorro ascendería a 66%. Para las horas de
temperaturas más bajas del año, la doble fachada vidriada genera un aumento en el
consumo de calefacción superior al 10% y resulta importante poder controlar el flujo del
viento entre la doble piel dado que este porcentaje puede elevarse considerablemente.
CONCLUSIONES
En la doble piel la temperatura es 8-10ºC más alta que la exterior en la hora pico de
radiación (y 2ºC más alta en la noche), debido al embolsamiento del aire caliente por la
escaza ventilación de la cavidad. A pesar de las altas temperaturas exteriores cercanas a
40ºC, las oficinas no superaron los 28ºC (sin refrigeración auxiliar), lo cual demuestra el
acierto en la elección del vidriado. Si no hubiera existido la doble piel, la simulación indica
que la temperatura de las oficinas alcanzaría los 38ºC. La simulación anual muestra que el
edificio con piel de vidrio consume 52% menos energía en verano que el edificio sin la
doble piel, pero en invierno consume 11% más. Para el clima de Salta esto significa que el
ahorro anual es de 13%, pudiéndose incrementar a un 19% si se ventila más la cavidad.
Se concluye que, en climas con altos niveles de radiación solar, es de fundamental
importancia la selección del tipo de vidriado, el cual debe disminuir la radiación transmitida
hacia el interior para evitar sobrecalentamientos en verano pero siendo suficiente para
reducir la necesidad de calefacción de las oficinas. Finalmente, se aconseja que la cavidad
pueda ser ventilada de manera selectiva durante el año, de forma de evacuar el aire
caliente en verano. Las oscilaciones térmicas en las oficinas fueron de 3.2ºC en promedio,
que está dentro de las oscilaciones razonables para oficinas según los estándares
nacionales.
El desarrollo de grandes fachadas vidriadas en las ciudades ha generado cambios
importantes en cuanto a las cargas térmicas que influyen sobre los edificios, el uso de
técnicas de enfriamiento pasivo combinados con cargas de refrigeración reducidas son
presentadas hoy como una buena solución para alcanzar el confort. La necesidad de los
países por conservar las energías no renovables e impulsar un desarrollo sostenible en
sus edificios ha despertado un renovado interés por los sistemas solares pasivos. El uso
de la doble fachada en el edificio estudiado en este artículo ha sido beneficiosa para el
caso del verano, debido al tipo de vidrio especial (espejo de calor) seleccionado para las
carpinterías de las oficinas y a la decisión de utilizar serigrafiado de alto cubrimiento (55%)
en la doble piel; esta funciona en las estaciones cálidas como un sombreado adicional
mientras que, en el invierno reduce las ganancias de calor al filtrar la incidencia solar
(aumentando las cargas de calefacción). En promedio, para todo el año, el efecto fue
benéfico. Si el tipo de vidrio hubiera sido común (sin espejo de calor y sin serigrafiado), los
efectos se hubieran intercambiado: en verano el consumo de energía por refrigeración
hubiera sido mucho mayor debido a las grandes ganancias de calor por las superficies
vidriadas, sumadas a altas temperaturas en el espacio de la doble piel, mientras que en
invierno se hubiera captado menos energía solar que si no hubiera estado la doble
fachada. En promedio, en el año, el efecto hubiera sido perjudicial, aumentando
notoriamente los consumos energéticos.
(VWH HVWXGLR GHPXHVWUD TXH OD UHVSXHVWD D OD SUHJXQWD LQLFLDO ³¿es aconsejable la doble
SLHO GH YLGULR HQ FOLPDV FRQ DOWD UDGLDFLyQ VRODU"´ HV XQ Vt VLHPSUH \ FXDQGR ODV
cualidades del vidriado del sistema de doble fachada permitan disminuir notoriamente (por
debajo del 10%) la radiación incidente. La respuesta sería un no contundente, si el vidriado
a utilizar en el sistema es común o incoloro. Esta respuesta debe ser re-evaluada para
poder ser aplicada a una fachada con orientación diferente a la estudiada en el presente
artículo.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue parcialmente financiado por ANPCYT PICTO ENARGAS 2009-0192 y la
Universidad Nacional de Salta.
REFERENCIAS
Flores Larsen, S. y Lesino, G. (2001). Modelo térmico del programa SIMEDIF de
simulación de edificios. Energías Renovables y Medio Ambiente 9, pp.15-24.
Flores Larsen, S. y Lesino, G. (2001). A new code for the hour-by-hour thermal behavior
simulation of buildings. Lesino. En Proceedings of Seventh International IBPSA Conference
on Building Simulation, Río de Janeiro, Brasil, pp. 75-82.
5HQJLIR/R]DQR/7HVLVGHPDHVWUtDHQDUTXLWHFWXUDELRFOLPiWLFD³,QIOXHQFLDGHOD
fachada de doble piel (DSF) como herramienta arquitectónica bioclimática en el
comportamiento térmico de un edificio con orientación este ± oeste en clima templado
FiOLGR´8QLYHUVLGDGGH&ROLPD,67+086SS-6 / 17-27 / 38-42 / 60-82 / 94-112 / 122140
Sr. Federico Yonar y Ing. Verónica Roncoroni. ³(ODSRUWHGHODQRUPDOL]DFLyQ
en la construFFLyQ VRVWHQLEOH \ HQ OD HQHUJtD VRODU WpUPLFDIRWRYROWDLFD´
(IRAM)
El aporte de la normalización en la construcción sostenible y en la energía solar
térmica/fotovoltaica
Construcción ± Energía ± Eficiencia - Normalización - Solar
1. Resumen:
La eficiencia energética y las energías renovables son esenciales para mantener un futuro social,
económico y ambientalmente sostenible. El desafío exige innovar contemplando aspectos de la
gestión y ahorro de la energía mediante soluciones específicas para las construcciones de edificios
e incorporación de tecnologías para el aprovechamiento eficiente de la energía solar. Por este
motivo, surgió la necesidad de contar con normas nacionales de eficiencia energética de los
edificios que contemplen la aislación, los materiales y los productos, los cálculos del uso de energía,
los datos climáticos y la sostenibilidad. Por otro lado, la creciente demanda de colectores solares
para calentamiento de agua, acondicionamiento de piscinas y calefacción, además, de paneles
fotovoltaicos para el autoabastecimiento de energía eléctrica en zonas rurales y en las ciudades, a
partir de allí se establecieron métodos de ensayos y criterios de aceptación reconocidos a nivel
internacional, tratando de alcanzar el máximo rendimiento. La conversión de la radiación solar en
energía térmica y eléctrica se está transformando en una solución cada vez más rentable para
aplicaciones que funcionan tanto de manera autónoma como conectada a la red.
Los especialistas de la construcción no pierden de vista la importancia del comportamiento
higrotérmico de las viviendas, haciendo hincapié en la salubridad de las mismas lo cual se logra con
la toma de conciencia en cómo desarrollar un proyecto eficiente, acorde al clima en el que estará
emplazado contemplando las necesidades, usos y costumbres de sus ocupantes, como así también
la posibilidad de contar con los recursos socio económicos que implica realizar un proyecto
amigable con el ambiente.
El comportamiento climático y, por consiguiente, el cuidado del ambiente han sido motivadores para
impulsar el estudio o revisión de normas relacionadas con el mercado de la construcción y solar
térmico / fotovoltaico.
2. Acerca del IRAM
IRAM - Instituto Argentino de Normalización y Certificación -, es una asociación civil sin fines de
lucro referente en el ámbito nacional, regional e internacional para la mejora de la competitividad, el
desarrollo sostenible y la calidad de vida del ciudadano.
IRAM, se constituyó en 1935 como el primer organismo de normalización que se fundó en toda
Latinoamérica, el tercero de América, y en el vigésimo quinto en el mundo.
IRAM, a lo largo de los años y en mérito de su actividad fue reconocido como Organismo Nacional
de Normalización en sucesivas legislaciones nacionales.
IRAM, desarrolla todas sus actividades contribuyendo al desarrollo sustentable de la sociedad,
interactuando con los sectores productivos y de servicios, los consumidores, los organismos del
gobierno y la comunidad en general, buscando siempre los más altos niveles de excelencia
institucional.
3. ¿Qué es una norma?
Una norma es un documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reconocido,
que proporciona, para un uso común y repetido, reglas, lineamientos o características que debe
reunir un producto o servicio.
La elaboración o revisión de normas se inicia ante un pedido formal por parte de instituciones que
ven la necesidad de contar con una herramienta que establezca los parámetros básicos necesarios
para cada producto o servicio. De esta manera, al haberse obtenido las mismas por consenso, se
entiende que son susceptibles de ser implementadas por todos los sectores que participaron en la
elaboración de las mismas.
El proceso de elaboración y revisión de normas se realiza en los Organismos de Estudio de
Normas, donde participan representantes de distintas organizaciones que pertenecen a tres
sectores: producción, consumidores e interés general. Todo el proceso se realiza bajo los principios
de participación balanceada, coherencia técnica, consenso y transparencia.
4. Colectores solares y Módulos Fotovoltaicos
La implementación de diversas acciones de promoción ha permitido que el mercado solar
térmico/fotovoltaico mundial haya ido creciendo en los últimos 20 años. En todos los casos, el
desarrollo del mercado ha sido sustentado, no sólo por acciones de promoción, sino también por
planes para garantizar que la instalación del equipamiento sea adecuada y segura.
El objetivo de la norma IRAM es que los equipos que se comercializan en el mercado tengan su
funcionamiento y calidad debidamente eficaces, permitiendo así un crecimiento confiable y
sostenible del mercado solar térmico/fotovoltaico para el calentamiento de agua caliente sanitaria, la
calefacción, la climatización de piscinas o generación de energía eléctrica.
Respecto al campo de la energía solar térmica, se encuentran vigentes normas IRAM que fueron
HODERUDGDV HQ OD GpFDGD GH ORV ¶ \ FRQWHPSODEDQ UHTXHULPLHQWRV GH OD WHFQRORJtD GH DTXHOOD
época. Con el correr del tiempo, han surgido nuevas tecnologías de colectores solares, como así
también nuevas metodologías de ensayo, que generaron el avance del mercado solar térmico local,
aunque sin una normativa IRAM actualizada. Por dicho motivo, a principios del 2012, IRAM creó la
³&RPLVLyQ GH (QHUJtD 6RODU 7pUPLFD´ SDUD DFWXDOL]DU ODV QRUPDV GH OD VHULH 000 de solar
térmico, incluyendo las nuevas tecnologías, métodos de ensayo y etiquetado de eficiencia
energética. Actualmente, se ha completado la revisión de la IRAM 210 001 - Colectores solares.
Definiciones y de la IRAM 210 002 - Colectores solares. Métodos de ensayo para determinar el
rendimento térmico, considerando como antecedentes las normativas Internacionales ISO,
Europeas EN, Especificaciones ASHRAE, ASTM y BSI. A continuación, se detalla las normas
vigentes:
IRAM 210 001-2 - Colectores solares. Clasificación y designación de colectores solares para
conversión fotométrica.
IRAM 210 002 - Colectores solares. Métodos de ensayo para determinar el rendimiento térmico.
IRAM 210 003 - Acumuladores térmicos. Métodos de determinación del rendimiento térmico.
IRAM 210 005 - Código de práctica para la instalación y funcionamiento de sistemas de
calentamiento de agua, que operan con energía solar.
IRAM 210 006 - Colectores solares. Bases técnicas de compra.
IRAM 210 007-1 - Colectores solares. Método de ensayo de simulación de vida acelerada bajo
condiciones de exposición no operacional.
IRAM 210 007-2 - Colectores solares. Métodos de ensayo de simulación de condiciones aceleradas
de vida. Resistencia a las heladas.
IRAM 210 008-1 - Cubiertas para colectores solares. Evaluación de los materiales.
IRAM 210 008-2 - Cubiertas para colectores solares. Método de ensayo de exposición de los
materiales a la intemperie bajo condiciones simuladas del modo operacional.
IRAM 210 008-3 - Cubiertas para colectores solares. Exposición de los materiales a la intemperie
bajo condiciones simuladas del modo de estancamiento.
IRAM 210 008-4 - Cubiertas para colectores solares. Limpieza superficial de las cubiertas o sus
materiales.
IRAM 210 008-5 - Cubiertas para colectores solares. Método para la determinación del factor de
transmisión solar y del factor de reflexión de materiales en láminas.
IRAM 210 009 - Colectores solares. Método para determinar la resistencia al granizo de las
cubiertas.
Respecto al campo de la energía solar fotovoltaica, se encuentra vigente la norma IRAM 210 013
que abarca una serie de métodos de ensayos y que se consideró como antecedente la IEC 61215
(Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (P.V.) Modules ± Design qualification and type approval).
(QWDOVHQWLGRHO³6XEFRPLWpGH(QHUJtD6RODU´VHUH~QHGHPDQHUDDFWLYDSDUDUHYLVDUWDOHVQRUPDV
a fin de homogeneizar la calidad ofrecida por los productos y garantizar que cumplan con requisitos
mínimos de ensayos. A continuación, se detalla las normas vigentes:
IRAM 210013-1. Energia solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 1 - Inspección visual.
IRAM 210013-2. Módulos fotovoltaicos. Características eléctricas en condiciones normalizadas.
IRAM 210013-3. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 3 - Aislación eléctrica.
IRAM 210013-4. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 4 - Ensayos de robustez de los
terminales.
IRAM 210013-5. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Ensayo de torsión.
IRAM 210013-6. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 6 - Ensayo de carga mecánica.
IRAM 210013-7. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 7 - Ensayo de preacondicionamiento
con radiación ultravioleta (UV).
IRAM 210013-8. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 8 - Ensayo de resistencia al impacto de
granizo.
IRAM 210013-11. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 11 - Ensayo de calentamiento
húmedo.
IRAM 210013-12. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Métodos normalizados para la medición de
la respuesta espectral de celdas fotovoltaicas.
IRAM 210013-13. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Ensayo de niebla salina.
IRAM 210013-14. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 14: Medición de la temperatura
nominal de operación de celda (NOCT).
IRAM 210013-15. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 15: Comportamiento en NOCT
(temperatura nominal de operación de celda).
IRAM 210013-16. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 16: Ensayo de tolerancia frente al
efecto punto caliente.
IRAM 210013-17. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Calificación de diseño y aprobación de tipo
de módulos.
IRAM 210013-18. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 18: Comportamiento a baja
irradiancia.
IRAM 210013-19. Energía solar. Módulos fotovoltaicos. Parte 19: Ensayo de exposición a la
intemperie.
5. Construcción sostenible y acondicionamiento térmico en edificios
El desarrollo sostenible de los edificios y otras obras de construcción, involucra el desempeño y la
funcionalidad requeridos con el mínimo impacto ambiental negativo, mientras se producen mejoras
en aspectos culturales, económicos y sociales a nivel local, regional y global.
La contribución de los edificios y otras obras de construcción se considera desde muchos niveles,
incluyendo el sector industrial, la empresa, la comunidad, el parque edilicio, un grupo de edificios o
una edificación u obra de construcción individual.
La sostenibilidad de un edificio o de una obra de construcción también implica el reconocimiento de
su interdependencia con los productos, así como el contexto en el que se realiza. La figura a
continuación, ilustra la manera en que los requisitos de sostenibilidad que conciernen a la sociedad,
se relacionan con el entorno construido, las obras de construcción y sus productos.
La IRAM 11930 tiene por objetivo identificar y establecer los principios generales de la
sostenibilidad, está basada en el concepto de desarrollo sostenible dado que se aplica al ciclo de
vida de la construcción de edificios y otras obras.
Los principios aplicados para alcanzar los objetivos son los siguientes: mejora continua, equidad,
pensamiento global y acción local, enfoque holístico, participación de las partes interesadas,
consideración a largo plazo, precaución y gestión del riesgo, responsabilidad y transparencia.
La sostenibilidad involucra la consideración integrada y paralela de sus aspectos esenciales:
ambiental, económico y social.
Cada aspecto necesita ser atendido de manera sistémica, implicando a veces alguna priorización.
Esta priorización se relaciona con temas específicos tales como las metas de protección, surgidas
de las necesidades ambientales, económicas, y sociales.
En lo que respecta al acondicionamiento térmico en edificios, se han desarrollado normativas que
aportan al uso eficiente de los materiales y a un adecuado diseño de las envolventes edilicias
favoreciendo a la reducción del consumo de energía eléctrica, consumo de gas, entre otras.
A continuación, se detallan las normativas vigentes en ambos temas:
IRAM 11549. Aislamiento térmico de edificios. Vocabulario.
IRAM 11601. Aislamiento térmico de edificios. Propiedades térmicas de los materiales para la
construcción. Método de cálculo de la resistencia térmica total.
IRAM 11603. Aislamiento térmico de edificios. Clasificación bioambiental de la República Argentina.
IRAM 11604. Aislamiento térmico de edificios. Ahorro de energía en calefacción. Coeficiente
volumétrico G de pérdidas de calor.
IRAM 11605. Aislamiento térmico de edificios. Condiciones de habitabilidad en viviendas. Valores
Pi[LPRV DGPLVLEOHV GH 7UDQVPLWDQFLD 7pUPLFD ³.´ FRPR Pi[LPR ORV YDORUHV FRUUHVSRQGLHQWHV D
Nivel B).
IRAM 11625. Aislamiento térmico de edificios. Verificación del riesgo de condensación del vapor de
agua superficial e intersticial en paños centrales.
IRAM 11630. Aislamiento térmico de edificios. Verificación riesgo de condensación intersticial y
superficial en puntos singulares.
IRAM 11507-1. Carpintería de obra. Ventanas exteriores. Requisitos básicos y clasificación.
IRAM 11507-4. Carpintería de obra. Ventanas exteriores. Requisitos complementarios. Aislación
térmica.
IRAM 11930 Construcción sostenible. Principios generales.
IRAM 21929-1 Construcción sostenible. Indicadores de sostenibilidad. Parte 1 - Marco para el
desarrollo de indicadores y de un conjunto fundamental de indicadores para edificios.
IRAM 21931-1 Construcción sostenible. Marco de referencia para los métodos de evaluación del
desempeño ambiental de las obras de construcción. Parte 1 - Edificios.
6. Conclusiones
Las edificaciones se proyectan a 50 o 60 años, es así que al actuar profesionalmente conscientes
con el ambiente, conociendo el origen y fundamento de la preocupación relacionada con el cambio
climático y sus efectos, podremos dar respuesta elaborando normas proyectadas a las necesidades
futuras.
6XVDQD ,QpV &DUXVR \ 0DUWD (GLWK <DMQHV ³Mezclas con baja proporción de
Cemento u otros ligantes aplicables a Materiales y Técnicas Constructivas
utilizando Papel Reciclado y FibUDV1DWXUDOHVHQVX&RPSRVLFLyQ³Facultad
de Arquitectura, Diseño y Urbanismo,Universidad de Buenos Aires)
Mezclas con baja proporción de Cemento u otros ligantes aplicables a Materiales y Técnicas
Constructivas utilizando Papel Reciclado y Fibras Naturales en su Composición - Proyecto SI
TRP 18 FADU UBA Dirección: Caruso, Susana Inés
Codirección: Yajnes, Marta Edith 9
Pertenencia Institucional: CEP ATAE FADU UBA (Director arq. Carlos Levinton)
Unidad de Investigación: Tecnología en Relación Proyectual, Secretaría de Investigación FADU
UBA
[email protected]
http://papelcemento.blogspot.com.ar/
Introducción o justificación del trabajo
Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) están en constante aumento, contaminando especialmente las áreas
suburbanas y se hace indispensable un abordaje integral. La necesidad de viviendas que cumplan con los
estándares de confort bajando el consumo de energía es urgente.
Planteamiento del problema El hormigón es el material de construcción más empleado en el mundo.
Su gran popularidad se debe a sus excelentes características, como gran durabilidad, resistencia, etc. No
obstante, su uso también acarrea grandes costos medioambientales, entre otros, la enorme cantidad de
energía consumida para la fabricación del cemento y el CO2 liberado durante el proceso.
Algo similar sucede con los mampuestos cerámicos debido al uso de grandes cantidades de energía para
su cocción, sumándose además en el caso de los ladrillos comunes la destrucción de la capa fértil del
terreno. Paralelamente un número elevado de personas sin trabajo y Cooperativas concurren al CEP
ATAE FADU UBA2 en busca de capacitación para construir sus viviendas o apoyo para crear
microemprendimientos. Dentro de esas capacitaciones aprenden a fabricar nuevos productos que
cumplan con el paradigma de la sustentabilidad. Desde marzo de 2013 se está llevando a cabo en el CEP
el Proyecto SI TRP 18, que tiene como objetivo desarrollar distintas fórmulas utilizando papel reciclado
y fibras naturales mezcladas con una pequeña proporción de ligantes como cemento, cal o arcilla.
Metodología empleada Tanto alumnos de grado como pasantes y cooperativistas aprenden a investigar
y desarrollar materiales utilizando fibras naturales y RSU, con el objetivo de lograr productos aptos para
emprendimientos sociales y generación de empleos verdes, difundiendo luego los resultados a la
Comunidad. Se ensayan distintas fórmulas y se crean moldes de desarrollo propio con elementos
reciclados, para fabricar los diferentes materiales y objetos. Paralelamente a las prácticas en taller, los
participantes deben elaborar un trabajo teórico basado en búsquedas en medios académicos,
publicaciones varias e internet, que contribuya al cuerpo de la investigación.
Resultados obtenidos
Durante el desarrollo de la Investigación se han obtenido ladrillos, bloques, bovedillas,
revestimientos y placas para distintas aplicaciones. Se han fabricado además prototipos de
pequeños muebles y luminarias. Se han desarrollado fórmulas utilizando papel reciclado, fibras
naturales y poliestireno posconsumo mezclados con cemento, cal, arena y aditivos. Se han
realizado ensayos preliminares de resistencia al fuego, transmisión del calor, absorción de agua y
9
Colaboradores: Pasantes con crédito académico Erica Falkenstein (Diseño Iindustrial), Jonathan Contreras (Diseño
Iindustrial) y Eduardo Castillo (Arquitectura) y alumnos pasantes de Introducción a los Tipos Constructivos Cátedra Colavita
2
Centro Experimental de la Producción y Arquitectura Apropiada a la Emergencia, Facultad de Arquitectura, Diseño y
Urbanismo de la Universidad de Buenos Aires
estabilidad dimensional con resultados satisfactorios. Se ha comprobado asimismo su liviandad
comparados con otros similares en el mercado. Se han llevado a cabo también análisis de costos
que confirman la economía de los productos.
Palabras Clave: construcción, economía, fibras, papel, residuos
Hipótesis
Las Mezclas aplicables a Materiales y Técnicas Constructivas formuladas con baja proporción de
Cemento u otros ligantes, utilizando Papel Reciclado y Fibras Naturales en su composición:
1. Son más económicas que otras de usos similares
2. Son más livianas que otras de usos similares
3. Poseen buena aislación térmica
4. Poseen buena resistencia al fuego
5. Poseen buena resistencia a agentes biológicos
6. Poseen resistencia adecuada para ser utilizados en construcción de muros no portantes
7. Poseen resistencia adecuada para ser utilizados en construcción de muros portantes
dependiendo de la resistencia a la compresión de la fórmula adoptada y para no más de
2 pisos.
8. Contribuyen a la disminución de la Huella Ecológica de la Construcción.
Resultados Previstos
Se prevé como resultado de esta investigación lograr bloques, ladrillos, revestimientos, aislantes
térmicos y mezclas para sistemas constructivos tipo tierra apisonada, que resulten estructuralmente
resistentes, económicos, sencillos de fabricar, más livianos que materiales similares, aislantes
térmicos, resistentes al fuego y agentes biológicos, aptos para vivienda de interés social y que sean
ambientalmente amigables, contribuyendo a la creación de un cuerpo de conocimientos destinados
a lograr una construcción más sustentable, en concordancia con los principios de la OPS, de la cual
el CEP es sede de la Coordinación.
Avances de la Investigación
Fig. 1 Algunos materiales fabricados desde 2013 a la fecha
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Durante el desarrollo del Proyecto, se trabajó en red con la cátedra Colavita de Introducción
a los Tipos Constructivos para alumnos que eligen cursar una pasantía en el CEP y se
contó con la colaboración de docentes de la Cátedra Louzau de Diseño Industrial, Materia
Tecnología, quienes propiciaron la difusión de las actividades de los dos Proyectos SI del
CEP (TRP 18 y TRP 19.
Respecto al desarrollo de materiales se hizo hincapié en lograr la mayor economía en el
uso de aditivos lo cual había sido uno de los inconvenientes detectados al comienzo de la
investigación, reemplazando los aditivos vinílicos o acrílicos por adhesivos cementicios para
Porcelanato o Cerámicos, con notable reducción en el precio final del material.
Posteriormente se ensayaron fórmulas para reemplazar el aditivo por arena, bajando aún
más los costos.
Se ensayaron fórmulas con mínima cantidad de cemento, obteniendo buenos resultados.
Desde el primer cuatrimestre de 2013 a la fecha se desarrollaron bloque, ladrillos,
bovedillas, varios modelos de placas, un panel modular de muro verde, luminarias, 2
modelos de mesas bajas y un prototipo de tanque de agua aislante térmico.
Pasantes de Diseño Industrial contribuyeron al diseño de un prototipo de molino múltiple
para procesar materiales reciclados aplicables a esta investigación, resultando seleccionado
en la convocatoria 2014 del Programa Universidad, Diseño y Desarrollo Productivo
organizado por la Dirección Nacional de Desarrollo Universitario y Voluntariado.
Pasantes de Diseño Industrial y de Arquitectura realizaron pruebas con lana de oveja en un
caso y agujas de pino en otro, usados como agregados de fibras naturales a las mezclas en
estudio.
Se creó un nuevo material sin agregado de cemento, usando como materia prima
solamente etiquetas de cerveza desechadas por una embotelladora y un compuesto con
bórax. Preliminarmente se pudo observar que presenta propiedades de liviandad, cohesión
y aislación térmica, siendo a la vez resistente al fuego.
Se realizaron ensayos preliminares de :
a) Resistencia al Fuego
b) Absorción de Agua y Estabilidad Dimensional bajo Humedad
c) Transmisión del calor
Se desarrolló una Simulación Teórica para la instalación de un taller para la producción de
placas de papel cemento con etiquetas desechadas de una embotelladora de cerveza,
operado por una Cooperativa y dirigida a la creación de empleos verdes con apoyo de la
Universidad,con resultados positivos.
Se llevaron a cabo diversas acciones para la difusión del Proyecto
Fig. 2 Algunos objetos fabricados desde 2013 a la fecha
Materiales nuevos aún en experimentación
Fig. 3 Nuevos Materiales en Estudio
Entre los nuevos materiales que se están sometiendo a pruebas se encuentran:
x 3ROLSDSHO0DWHULDOFRQHOTXHVHIDEULFDQORVYDVRVGHEHELGDVOODPDGRWDPELpQ³FDUWyQ
HQFHUDGR´ Licuado con agua puede ser convertido en placas de distinto espesor, con una
textura resistente apta para ser moldeada. Puede incorporarse también a las mezclas
constructivas que estamos estudiando con la ventaja de ser un material que no tiene valor
de mercado y que habitualmente se desecha en relleno sanitario.
x Papel de etiquetas recicladas: Una embotelladora desecha este residuo por toneladas y se
realizaron pruebas para intentar darle un uso como aislante térmico. Se logró una placa
liviana e incombustible ya que se le adicionó un compuesto a base de Bórax.
x Papel, cal y EPS: Se fabricaron bloques con 2 veces el tamaño de un ladrillo, resultando
muy livianos y con buena resistencia al fuego, faltan pruebas de resistencia a la humedad,
pero se supone que será un material apto para muros interiores con buena aislación
térmica.
x
x
Lana de oveja: Se está comenzando a experimentar esta fibra natural mezclada con
cemento y aditivos para intentar aprovechar recursos locales.
Agujas de pino: Ídem al punto anterior.
Disminución de la cantidad de cemento
Uno de los objetivos de esta Investigación es la reducción de la cantidad de cemento empleado en
las mezclas, siempre que sea posible sin disminuir la resistencia.
Para esto se ensayó una fórmula con una cantidad mínima de cemento en relación a los otros
agregados que son arena y papel (3/4:3:3), dando como resultado un ladrillo fuerte, con sonido
metálico a la percusión y con un peso de aproximadamente 582 gr menos que el de un ladrillo
común de la misma medida, o sea, casi un 30% (29,36%)
Fig. ³/DGULOORGH$UHQD´
Se probará en un próximo ensayo una combinación con mayor proporción de papel en relación a la
arena para tratar de mejorar las propiedades térmicas y conservar aún la economía lograda en el
cemento.
Se está trabajando asimismo en una placa de papel reciclado con un compuesto de bórax, sin
agregado de cemento.
Uso de Cemento y Áridos Reciclados
Siempre en búsqueda de la mayor economía y uso de materiales reciclados en las mezclas, se
analizó la investigación llevada a cabo por Kulakowski, M.; Guerreiro, M.; González, M. sobre la
Viabilidad de utilización de aditivo estabilizador de hidratación (AEH) para el reciclaje del hormigón
HQHVWDGRIUHVFRTXLHQHVFRQFOX\HQTXH³es posible recuperar cemento y agregados del lavado de
las tolvas donde se mezcla el hormigón. (Rezende, Levy & Djanikian, 1996). Estos recuperos
pueden luego agregarse como material fino en las mezclas, ahorrando costos de eliminación y
reusando el agua de lavado (Butler, 2003)´3 Se consultó asimismo el Manual Usos de áridos
reciclados mixtos procedentes de Residuos de Construcción y Demolición, de IHOBE.4
Se llega a la conclusión de que tanto el cemento como los áridos que usamos para estas mezclas
podrían perfectamente provenir de materiales reciclados.
Diseño de un Molino Múltiple para procesar materiales Reciclados
Los pasantes de Diseño Industrial Erica Falkenstein y Jonathan Contreras, Cátedra Louzau,
colaboraron en el diseño de un molino múltiple para ser usado en la investigación y fabricación de
nuevos productos, apto para procesar materiales de desecho que ocupan un gran espacio en los
rellenos sanitarios, el cual resultó seleccionado en la convocatoria 2014 del Programa Universidad,
Diseño y Desarrollo Productivo organizado por la Dirección Nacional de Desarrollo Universitario y
Voluntariado.
Se buscó lograr una máquina eficiente, económica y de sencilla fabricación que pudiera ser
replicada por las cooperativas de recuperadores urbanos con las cuales colabora el CEP,
apuntando a crear puestos de trabajos verdes con una inversión muy baja en relación al costo de
creación de un empleo industrial tradicional. El molino procesará poliestireno reciclado, papeles
usados y desechos de fibras naturales para fabricar bloques y ladrillos ecológicos aptos para planes
de vivienda o para su venta a terceros. Tendrá cuchillas intercambiables y se proyecta fabricarlo en
3
Kulakowski M., Guerreiro M., González M. Viabilidad de utilización de aditivo estabilizador de hidratación
(AEH) para el reciclaje del hormigón en estado fresco ± Estudio de caso en el sur de Brasil. Revista de la
Construcción vol.11 Nº 3 Santiago, Chile. Dic. 2012
4
IHOBE. Usos de áridos reciclados mixtos procedentes de Residuos de Construcción y Demolición. Ihobe,
Sociedad Pública de Gestión Ambiental. Bilbao, España. 2011
un tamaño manejable por una persona para poder trasladarlo con facilidad y ser usado también en
la Universidad con fines didácticos. Se contempla la posibilidad de reproducirlo en tamaños
mayores para pequeñas industrias que necesiten más productividad.
Fig. 5 Molino Múltiple con cuchillas intercambiables para procesar los distintos materiales
ENSAYOS PRELIMINARES
1- Pruebas de clavado, atornillado, taladrado y serruchado en ladrillos de papel cemento
Fórmula Resistente y Fórmula Liviana.
No presentaron problemas en ninguna de las cuatro operaciones, resultando menor la resistencia
del material en los ladrillos de Fórmula Liviana.
Fig. 6 Pruebas de clavado, atornillado, taladrado y serruchado
2- Ensayo de Resistencia al Fuego
Fig. 7 Ensayo Resistencia al Fuego: 1) encendido del fuego, 2) el ladrillo no toma llama,
3) se desgrana un poco en las aristas, 4) al final de la prueba se constata que no toma llama
Descripción del ensayo: Fecha 12/2/14. Hora de comienzo 18:25.
Fue realizado en una parrilla doméstica. Se generó abundante fuego con carbón, ramas, maderas y
hojas secas, de manera que llegara a envolver las piezas, tratando de mantenerlo constante
durante todo el desarrollo de la prueba.
1 - Ladrillo de Papel, Cal y EPS Fórmula Liviana 22 x 12 x 5 cm del 21/6/13 .
Temperatura superficial antes de la prueba 26º
18:47 en fuego directo se fracciona y forma llama. Conclusión, este ladrillo que es el más liviano y
poroso de los estudiados, aún llevando EPS en su composición, tarda 22 minutos en formar llama,
lo que permitiría escapar a los moradores.
2 - Ladrillo de Papel Cemento Fórmula Liviana 22 x 11 x 5 cm del 24/8/13 .
Temperatura superficial antes de la prueba 26.9º
18:35 en fuego directo no forma llama, luego de 1 hora se desgrana un poco en su cara expuesta a
fuego directo.
20:25 se lo retira del fuego, se lo parte al medio con una pala y se ve que forma brasa en su interior
pero no llama. El ladrillo luce entero y cuesta trabajo partirlo. Conclusión, este ladrillo no forma
llama, lo que permitiría escapar a los habitantes en caso de incendio.
3 - Ladrillo de Papel Cemento Fórmula Resistente 22 x 11 x 5 cm del 26/8/13 .
Temperatura superficial antes de la prueba 26.2º
18:35 en fuego directo no forma llama, luego de 1 hora se desgrana un poco en su cara expuesta a
fuego directo, aunque menos que el de Fórmula Liviana.
20:25 se lo retira del fuego, se lo parte al medio con una pala y se ve que no forma brasa en su
interior. El ladrillo luce entero y cuesta mucho más trabajo partirlo que el anterior. Conclusión, este
ladrillo no forma llama ni brasa, lo que permitiría escapar a los moradores.
Conclusión para la Prueba de Fuego: la resistencia al fuego es otorgada por la cal o el cemento que
contienen las mezclas. A menor cantidad de cal o cemento y mayor cantidad de agregados livianos,
menor es la resistencia al fuego, observando que, aún en el caso del material que tomó fuego más
rápidamente de los tres estudiados, la medición fue de 22 minutos, lo que daría suficiente tiempo
para el escape.
3- Ensayo de Absorción de Agua y Estabilidad Dimensional bajo Humedad
Descripción de la Prueba:
Se pesan en seco los ladrillos en balanza digital.
5/7/14 a las 9:40 hs se sumergen en bañera con 8 cm de agua. Los 2 ladrillos de Fórmula Liviana
flotan 20´.
6-7-14 9:40 hs, se retiran del agua, se secan con un paño y se vuelven a pesar.
Material
ladrillo común
%
Absorc.
Agua
6,19
Comportamiento luego de 24 hs de inmersión según
el tipo de fórmula
N/A *
1-Fórmula Resistente: papel
licuado y escurrido,
cemento, adhesivo
cementício Porcelanato,
agua
40,85
No se deforma a la presión con los dedos en caras ni
aristas. No varía en sus dimensiones.
2-Fórmula Liviana: papel
licuado y escurrido,
cemento, adhesivo
cementício Porcelanato,
agua
85,23
No se deforma a la presión fuerte con los dedos en las
caras. Se deforma muy levemente en las aristas bajo
presión fuerte, con desgranamiento de bordes bajo
presión extrema. No varía en sus dimensiones.
3 -Fórmula Resistente: papel
seco, cemento, arena, agua
36,79
Este ladrillo fue fabricado con el papel sin licuar, cortado
en piezas de aprox. 3 cm x 3 cm y arena como aditivo.
Una vez fraguado presentaba trozos de papel muy
visibles. Aumentó sus dimensiones 3 mm en el largo, 2
mm en el ancho y 1,5 mm en el espesor. Se hunde
levemente a la presión fuerte en las caras, más en la
superior y se desgranan con facilidad los bordes.
4 -Fórmula Resistente: papel
seco, cemento, adhesivo
vinílico, agua
44,89
No se deforma a la presión con los dedos en caras ni
aristas. No varía en sus dimensiones.
5 -Fórmula Liviana: papel
licuado y escurrido,
cemento, Sellador al agua,
99,6
No se deforma a la presión con los dedos en las caras.
Se deforma muy levemente en las aristas bajo presión
fuerte, con desgranamiento de bordes bajo presión
agua
extrema.
6 -Fórmula Resistente: papel
seco, cemento, arena, agua
19,25
No se deforma a la presión con los dedos en caras ni
aristas. No varía en sus dimensiones. Este ladrillo fue
fabricado con el papel sin licuar, cortado en piezas de
aprox. 1,5 cm x 1,5 cm y arena como aditivo.
7 -Fórmula Resistente:
³/DGULOORGH$UHQD´SDSHO
licuado, cemento, arena,
agua
19,12
No se deforma a la presión con los dedos en sus caras.
Se desgrana con facilidad en sus aristas. Las
dimensiones varían 10 mm en el largo y 3 mm en el
ancho. El espesor no varía.
Tabla 1
*No Aplica
Observaciones:
Los porcentajes de absorción de agua son notablemente superiores a los de un ladrillo común, tanto
en las fórmulas Resistentes como en las Livianas, las cuales llevan aproximadamente la mitad de
cemento.
En casi todos los casos, las dimensiones se mantienen sin variación, a pesar de la gran absorción
de agua, lo que demuestra la excelente estabilidad dimensional bajo condiciones de humedad
extrema.
En las fórmulas tanto Resistentes como Livianas las caras no se deforman a la presión de los
dedos.
En las fórmulas Livianas se deforman medianamente en los bordes bajo presión extrema de los
dedos.
El ladrillo de fórmula Resistente fabricado con piezas de papel sin licuar de aprox. 3 x 3 cm, con
arena como aditivo y que fraguado presentaba trozos de papel muy visibles, aumentó unos
milímetros sus dimensiones durante la prueba y se deforma levemente a la presión fuerte en las
caras, desgranándose con facilidad en los bordes. No obstante, sorpresivamente, fue el que
presentó menor porcentaje de absorción de agua.
(O³/DGULOORGH$UHQD´DSHVDUGHODFDQWLGDd de áridos, se desgranó con la presión en las aristas y
aumentó un poco sus dimensiones.
Conclusiones del Ensayo de Absorción de Agua y Estabilidad Dimensional:
Los ladrillos de las fórmulas Resistentes ensayadas, probablemente serían adecuados para su uso
estructural, para 2 o 3 pisos, según antecedentes internacionales, a verificar con ensayos,
presentando la mayoría de ellos un aspecto y sonido a la percusión similares a las de un ladrillo
común. La mayoría de la fórmulas no se deforman en condiciones de humedad extrema, por lo que
se presume que podrían soportar cargas de compresión también similares a las de un ladrillo
común, para viviendas de la cantidad de pisos mencionada.
En el caso de ocurrir un humedecimiento total de la masa del ladrillo, el aumento de peso es muy
notable : (40,85 %) en la muestra nº 1, que aparece como la más adecuada por su relación pesoresistencia, lo que pone de manifiesto la necesidad de una eficaz protección de los muros de carga
contra la humedad, sobre todo en climas lluviosos. También la conveniencia de efectuar una
fundación impermeable que sobresalga varios centímetros de la cota del terreno.
No obstante, en ninguna de las muestras analizadas el peso llegó a igualarse con el del ladrillo
común, ya sea en seco o en húmedo. Es más, el ladrillo húmedo más pesado de papel cemento es
más liviano que el ladrillo común seco.
Se los podría equiparar a los ladrillos de adobe o de suelo cemento, en cuanto a su aplicación para
muros portantes, destacando que los ladrillos de papel cemento no se deforman ni se desgranan
bajo humedad extrema, como sí ocurre con los anteriores.
Se deduce de estas pruebas que los ladrillos de fórmula Liviana serían más adecuados para
tabiques interiores, presentando mejores condiciones que un ladrillo hueco en cuanto a peso,
aislación térmica y aislación acústica, pudiendo quedar a la vista por su buena terminación similar a
un ladrillo de media máquina, ya sea en su estado natural o pintados, ahorrando así el costo del
revoque.
Al construir una mampostería con estos ladrillos se debería emplear un mortero también de papel
cemento para evitar los problemas de adhesión debidos a la gran absorción de agua de los
mampuestos.
4- Ensayo de transmisión del calor (Se usa un horno eléctrico como fuente de calor comparando
3 ladrillos de distintas fórmulas con un ladrillo común)
1. Se enciende el horno en máximo y se deja prendido 15 minutos.
2. Se toma la temperatura de los 2 primeros ladrillos a ensayar.
3. Se toma la temperatura inicial de la puerta del horno.
4. Se apoyan los ladrillos a ensayar contra la puerta de vidiro templado del horno.
5. Se dejan en esa posición durante 1 hora.
6. Transcurrida la misma se toma la temperatura de la cara exterior de los ladrillos, luego se
voltean y se toma la temperatura de la cara en contacto con la fuente de calor.
7. Se vuelve a tomar la temperatura de la tapa del horno.
8. Se repite el procedimiento con los demás ladrillos.
Observaciones:
La diferencia de temperatura desde el inicio hasta el final del ensayo entre la cara próxima a la
fuente de calor y la cara opuesta es menor cuanto más liviana es la fórmula, habiéndose logrado
hasta el momento una diferencia a favor del ladrillo de papel cemento en su versión más liviana de
12,4 º con respecto al ladrillo común.
Conclusión del Ensayo de transmisión del calor : cuanto más liviana es la fórmula del ladrillo, es
decir, cuanto menos cemento y más papel contenga la mezcla, lo que implica también más celdas
de aire interiores, el ladrillo presenta una mayor capacidad de aislación térmica.
Costo Estimativo para un ladrillo de 24 x 12 x 5 cm utilizando arena como aditivo, al 9 de julio
Denominación
Materiales
Costo
Ladrillo Fórmula Resistente (mayor proporción de
cemento)
papel licuado, cemento, arena,
agua
$ 1,21
Ladrillo Fórmula Liviana (menor proporción de
cemento)
papel licuado, cemento, arena,
agua
$ 0,57
arcilla cocida
$ 1,70
Ladrillo Común
de 2014
Tabla 2
Si bien los precios de los ladrillos de papel cemento resultan competitivos, resultaría aún más
conveniente fabricar bloques en medidas mayores para sumar el ahorro por la mano de obra de
construcción.
Cabe considerar asimismo la Economía Ambiental lograda al evitar el consumo energético para la
cocción de los ladrillos comunes, la polución atmosférica asociada y la generación de gases de
efecto invernadero.
Fuentes de papel sin valor de Mercado y su utilización para la fabricación de materiales
En el CEP se estudia constantemente la valorización de los residuos para darles un lugar de
aprovechamiento dentro de algún proceso productivo y de este modo detener o disminuir su
desecho en los rellenos sanitarios.
Si bien existe un circuito activo de reciclado de papeles y cartones, observamos en el transcurso de
esta investigación que existen residuos a los que se otorga un escaso o nulo valor de reciclado.
Por ejemplo materiales tales como bolsas usadas de cemento, cales, adhesivos cementicios, etc.,
habitualmente se arrojan al volquete junto a otros desechos de obra. Parecidos son los casos de los
vasos y recipientes de polipapel o "papel encerado" y de las etiquetas de papel desechadas por
embotelladoras. Sin embargo todos estos materiales se procesan actualmente en nuestro
laboratorio como parte de alguna mezcla constructiva.
Ejemplo de aprovechamiento de bolsas de cemento para la fabricación de ladrillos:
Peso de la bolsa de 50 Kg vacía: 300 g
Cantidad de papel necesaria para fabricar 1 ladrillo : 280 g
Bolsas de cemento consumidas en CABA y Gran Buenos Aires durante el año 2013 (Tabla 3) :
1.922.402 bolsas
Cantidad de ladrillos posibles de ser fabricados en 1 año usando papel de desecho : 2.059.716
ladrillos
Cantidad de ladrillos necesarios para una vivienda de 50 m2 : 7.800 ladrillos
Conclusión: Utilizando como parte principal de la mezcla las bolsas de papel desechadas por año
en el AMBA, podrían construirse 264 viviendas. Si se usaran también las bolsas provenientes de
otros materiales constructivos, podría aumentarse significativamente este número, con el
consiguiente beneficio económico y ambiental.
Tabla 3. Fuente: http://anuario2013.afcp.org.ar/index.php?IDM=22&mpal=7&alias=ProvinicaEnvase-Datos-Estadisticos-2013 consultada el 04/08/14
Dificultades de la Investigación
x Escaso financiamiento
x Falta de un laboratorio-taller equipado adecuadamente para trabajar
x Dificultad para acceder los ensayos de materiales en laboratorios certificados
x Falta de tecnología existente para fabricar el material en el país, por lo que se pone énfasis
en el trabajo en red con cátedras de Diseño Industrial para el diseño y fabricación de
máquinas.
Logros de la Investigación
x Transdisciplinaridad entre distintas carreras de la FADU
x Fabricación de variadas muestras y algunos prototipos de maquinarias para el avance de la
investigación
x Incorporación dentro de algunas fórmulas de un material como el EPS que es un pasivo
ambiental importante
x Obtención de nuevas fórmulas con distintos agregados ambientalmente amigables
x Disminución de los costos por ahorro en aditivos y cambios en las dosificaciones
x
x
Diseño de un molino múltiple con participación de los pasantes de Diseño Industrial Cátedra
Louzau.
Desarrollo de una Simulación Teórica para la creación de empleos verdes dirigidos a
cooperativas basados en la fabricación de placas de papel cemento, mediante la cual se
comprueba la factibilidad material y económica de los mismos.
Desafíos de la Investigación
Si bien los materiales con agregados de papel y fibras naturales están siendo aplicados cada vez
con mayor frecuencia a nivel mundial, presentan como dificultad la lentitud en su secado.
El desafío es trabajar de acuerdo a las posibilidades locales, logrando un producto que siendo
adecuado desde el punto de vista de la sustentabilidad, pueda cumplir a la vez con parámetros
económicos respecto a la rapidez entre el desmolde y la puesta en servicio. Esto se lograría
creando, por ejemplo, desarrollos productivos en provincias del norte argentino, donde las piezas
podrían ser secadas al sol y para los desarrollos en provincias con mediana irradiación solar,
emplear sistemas simples de secado mediante cámaras solares de efecto invernadero o el calor
residual de procesos industriales como calderas, hornos, condensadores, estufas, etc.
Próximos pasos a seguir
x Se continuará con el ajuste de las dosificaciones para conseguir mayor economía en las
mezclas.
x Se estudiarán nuevas fórmulas con menor cantidad de cemento para tratar de reducir al
máximo la huella ecológica del mismo.
x Se explorará la posibilidad de utilizar cemento y áridos reciclados provenientes del lavado
de hormigones.
x Se profundizará el estudio de mezclas con fibras naturales, entre ellas la lana.
x Se profundizará el estudio de materiales de papel reciclado y compuestos de bórax, sin uso
de cemento ni cal como ligantes.
x Se intensificará el estudio de métodos de secado sustentables.
x Al momento de recibir el subsidio que nos fue otorgado, se comenzará la fabricación del
Molino Múltiple que facilitará el procesamiento de los materiales reciclados con los que
trabaja el CEP.
x Se trabajará para fortalecer los actuales vínculos con las Cátedras Colavita (ITC) y Louzau
(Diseño Industrial) y se intentará crear nuevos vínculos con otras cátedras dentro de la
FADU y con instituciones de intereses afines, continuando con la creación de redes que
impulsen el trabajo conjunto.
Conclusiones
x Las mezclas ensayadas hasta el momento presentan posibilidades para varios usos,
sumando a su aptitud para fabricación de materiales constructivos, el potencial de generar
empleo para microemprendedores y cooperativas de trabajo, mediante el desarrollo de una
línea de objetos de uso cotidiano.
x La liviandad de todas las fórmulas ensayadas y la resistencia aparente de algunas de ellas
(en una etapa posterior se confirmará con ensayos en laboratorios certificados), sumadas a
sus propiedades térmicas y acústicas, resultan un aliciente para el desarrollo de la
investigación y abren la posibilidad de su incorporación parcial para alivianar las mezclas de
otros hormigones con reciclados que se están investigando en el CEP.
x El trabajo en red con otras cátedras dio un gran impulso a la investigación, permitiendo la
participación de una cantidad significativa de alumnos que aportaron su trabajo y
entusiasmo para la elaboración de las distintas muestras y materiales que se ensayaron
hasta el momento.
x El poder contar con la perspectiva de profesionales de otras disciplinas, como es por
ejemplo el Diseño Industrial, r de suma importancia a la hora de pensar los materiales
desde el punto de vista de su fabricación en serie, máquinas y herramientas necesarias y
posibilidades de comercialización.
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Yajnes Marta Edith, Sutelman Silvana, Caruso Susana, Tosi Lucia y Perez
0RUHQR$JXVWLQD³Recursos en Residuos, hormigones con incorporación de
agregados provenientes de residuos en productos de construcción con
JHQHUDFLyQ GH HPSOHR YHUGH´uba fadu secretaria de investigaciones cep
atae)
Recursos en Residuos, hormigones con incorporación de agregados provenientes
de residuos en productos de construcción con generación de empleo verde.
Resumen:
Los sistemas constructivos locales producen escombros de mampostería como principal producto
de desecho. La sustitución y adquisición de equipos de gas y electrónicos generan una cantidad
importante de embalajes de poliestireno expandido de alta densidad. Se cuenta asimismo con
envases provenientes de la industria farmacéutica, desechados después del primer uso debido a
altos costos de transporte y a protocolos de la industria. En este trabajo se muestran los avances de
nuestra investigación sobre desarrollo de mezclas de hormigón con incorporación de agregados de
reciclaje incluyendo reutilización de residuos de demolición y trituración de envases de EPS
transformando residuos en recursos. Se busca la generación de puestos verdes de trabajo y
desarrollo de productos innovadores en lo tecnológico pero tradicionales en lo conceptual que
representen una respuesta ambiental reduciendo tiempos y tareas de obras con mejora en su
calidad minimizando trabajos de riesgo.
Se cuenta en nuestra área de acción con población sub-empleada, con bajo nivel formativo pero
con capacidad latente de aprender y transformar sus conocimientos en producción; estudiantes y
profesores de la facultad de arquitectura con capacidad de investigar sobre nuevos materiales y
sistemas constructivos sustentables y para transferir dichos conocimientos, viviendas con
necesidades de aislación térmica a resolver y mercado de viviendas de alto y medio nivel con
capacidad y deseo de sus responsables de emplear productos sustentables.
Se desarrollaron mezclas en probetas, analizaron pesos específicos, absorción de agua y
comportamiento frente a fuego, se diseñaron productos de construcción competitivos con sus
respectivos moldes para fabricación y llevaron adelante prototipos. Se logró obtener una variedad
de mezclas a partir de la posibilidad de desarrollar hormigones con diferentes dosificaciones con las
densidades buscadas. Se verificó la factibilidad del uso de RCD y RSU como agregados en mezclas
de hormigones y productos finales de construcción favoreciendo el cuidado del ambiente, la
reducción de la huella profesional en condiciones de habitabilidad y eficiencia energética, con
muestras o procesos experimentales. Se avanzó en el proceso de alianzas y vinculaciones con
cátedras de Diseño Industrial para el diseño y fabricación de máquinas y herramientas. Se
incorporaron alumnos de Fadu. Se desarrollaron ensayos de absorción con resultados similares a
los que ofrecen mampuestos del mercado local y ensayos de comportamiento frente a fuego
preliminares donde se verificó que el material resiste sin colapsar y permitiría escapar a los
habitantes.
Se plantea que el reciclado de escombros tienen impacto ecológico beneficioso: evitando el
sobreuso de materias primas, previniendo contaminación del suelo cuando los restos de
construcciones son desechados, y reduciendo el volumen de desechos generados en centros
urbanos y la cantidad de material virgen a adquirir durante la construcción. La potencial
disponibilidad de escombros en nuestra área es muy grande porque no hay lotes vacantes y todas
las nuevas construcciones requieren una previa demolición. Con la aplicación de los residuos de
materiales de EPS, un sector marginal de nuestra sociedad puede ser incluida en el circuito de
recolección y procesado y ser capacitada para trabajar en la producción de estos materiales de
construcción, creándose así nuevos trabajos verdes para ellos y para jóvenes que se incorporan al
mercado laboral para toda las etapas productivas del circuito planteado.
Palabras Clave: Desarrollo Empleo Recursos Residuos Sustentabilidad
Fig. 1 Imagen de nuestras construcciones, muros de ladrillo, bovedillas y sistema de volquetes en
aceras y funcionamiento del sistema productivo local.
Definición, historia y tipos de mampuestos:
Los mampuestos son elementos simples macizos o huecos, que se emplean en la construcción de
muros y entrepisos, que permiten ser colocados con la mano por un operario sin necesidad de usar
ningún tipo de maquinaria. Han estado fabricados con materiales tales como arcilla cocida, arena,
tierra, piedra pómez y morteros entre otros.
Hacia el año 1600 comenzó la construcción con ladrillos de adobe en nuestra área de acción. La
primera obra asi construida fue una iglesia realizada por la Compañía de Jesús en 1675. El adobe
está hecho de una masa de barro (arena y arcilla) mezclada con paja, moldeada en forma
prismática, estabilizada y secada al sol. Se lo considera el precursor del ladrillo común debido a su
similitud estética y constructiva y su función para la ejecución de muros. Su calidad dependía de la
calidad de la tierra y del material estabilizante utilizado para su fabricación.
A comienzos del siglo XVIII, se pasó del uso del adobe crudo al ladrillo cocido denominado
comercialmente como ladrillo común, cuyas medidas aproximadas eran de 30 x 14 x 6 cm. Se
utilizaba tanto en muros como entrepisos denominados bovedillas, este sistema consistía en el uso
de los mampuestos colocados en forma de bovedilla entre nervios estructurales de perfiles
normales metálicos que daban forma al forjado. El peso y tamaño del ladrillo fueron reduciéndose
durante el siglo XIX, posibilitando una mejor y más rápida colocación hasta llegar a las medidas
actuales de 24 x 11,5 x 5,5cm.
En el mismo siglo, apareció en EEUU el ladrillo hueco, que surgió como una alternativa más
económica tanto por el menor costo de producción al ser hueco e industrializado, como por las
horas de mano de obra requeridas para su montaje. Era más liviano, llevaba menor cantidad de
mezcla de asiento y presentaba entre otras ventajas su trabajabilidad y uniformidad en los
paramentos permitiendo ahorrar además tiempos y materiales de revoques. Recién en el siglo
siguiente se comenzó a utilizar en Argentina, en el sistema de estructura independiente al tiempo
que se desarrollaron los denominados bloques cerámicos portantes que cumplían al igual que los
ladrillos comunes ambas funciones de estructura y cerramiento. Junto con los ladrillos huecos para
muros se desarrollan los ladrillones huecos para entrepisos en reemplazo del sistema de bovedillas,
estos presentaban una superficie inferior plana colocandose sobre viguetas pretensadas de
hormigón, implicando un costoso revoque aplicado para evitar fisuras. Este sistema constructivo
tiene con respecto al de losas de hormigón armado la ventaja de construir losas sin encofrados.
En el siglo XIX comenzó la fabricación de bloques huecos de hormigón vibro comprimido que
tienen como principal ventaja que la terminación de sus paramentos permite la eliminación de
revoques y como desventajas sus elevados peso y transmisión del calor y la dificultad de lograr sin
revoques una correcta y duradera aislación hidrófuga.
En el siglo XX apareció el bloque de concreto celular, en busca de una mayor aislación acústica y
térmica, liviandad, precisión industrial y una mayor sustentabilidad. Se lo conoce localmente con el
nombre de su principal fabricante como Retak. Por las características de su materialidad permitió
trabajar con menor cantidad de piezas por metro cuadrado sin perder la calidad de mampuesto. El
precio de este material es elevado respecto al de otros mampuestos por no tener gran competencia
de mercado y al mismo tiempo son pocos los operarios calificados para una correcta colocación.
Surgieron alternativas al ladrillón de techos cerámico fabricados con EPS.
Fig. 2 Cuadro de mampuestos
Marco teórico: Investigaciones previas sobre hormigones livianos de EPS y cascote.
La tecnología en cuanto a materiales de construcción ha avanzado en los últimos años y se han
incorporado materiales no tradicionales provenientes de desechos o residuos sólidos urbanos RSU
y de construcción y demolición RCD como materia prima reemplazando y combinándose con
agregados tradicionales en morteros y hormigones.
En la investigación realizada en la Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, María R. Sánchez
de Colacelli y Ángel M. Costilla se centraron en la recuperación de EPS para ser utilizado en
materiales de construcción (bloques, ladrillos, paneles) para cerramientos de viviendas, generando
nuevas fuentes de trabajo con cooperativas. Estudiaron el uso de EPS como agregado en morteros
y hormigones con diferentes dosificaciones y granulometrías, con tamaño menor a 8mm para
morteros y hasta 3cm para hormigones. Realizaron ensayos de peso específico, resistencia media a
la compresión y deformación por aplastamiento, con tres muestreos con diferentes porcentajes de
arena y EPS, donde la arena era reemplazada por el EPS. Lograron una reducción importante de
peso con pérdida de trabajabilidad con separación de los granos de EPS de la pasta en medida que
aumentaba el porcentaje de incorporación de este residuo. En cuanto al ensayo de compresión
verificaron que la resistencia fue mayor, cuando la cantidad de EPS fue menor en reemplazo del
agregado (arena) mientras que las probetas con mayor cantidad de EPS resultaron mejores
aislantes térmicas, catalogándolas como aptas para ser utilizados en productos para cerramientos
exteriores, los costos de las mezclas resultaron consideradas viables económicamente, tomando la
materia prima (EPS) sin cargo al provenir de un residuo sin cadena de valor previa y sin ser
necesarios una gran infraestructura ni personal especializado para su empleo.
En la investigación realizada en la Universidad Tecnológica Nacional, Regional Santa Fe, Argentina,
por M. Suarez, C. Defagot, MF Carrasco, A. Marcipar, R. y H. Saus Miretti, se centraron en la
comparación de hormigones elaborados con residuos de escombros (demoliciones) y ladrillo
triturado (fábricas ladrilleras) para evaluar la influencia de las impurezas del escombro sobre el
comportamiento del hormigón elaborado con cada residuo. Estos tipos de residuos se emplean
tradicionalmente en hormigones no estructurales de rellenos, contrapisos y cimientos. Se realizaron
ensayos de determinación de densidades, resistencia a la compresión, módulo de elasticidad,
contracción por secado, absorción de agua con tres muestreos por cada agregado utilizado. En
cuanto a la resistencia a la compresión, observaron y dedujeron que los hormigones elaborados con
ladrillo triturado tendieron a ser más resistentes por la presencia de partículas ladrillo-mortero en
escombros, y la cantidad y calidad del material pulverulento presente en el agregado. En cuanto al
módulo de elasticidad en los hormigones de ladrillos triturados presentaron un contenido de pasta
mayor e infieren que ello podría provocar una mayor deformación en el material. Llegaron a la
conclusión que estos hormigones no pueden calificarse como hormigones livianos estructurales
pero si ser aptos para la fabricación de bloques portantes y no portantes y bloques para forjados, y
estos bloques podrían resultar competitivos en el mercado.
En la Asociación Argentina del Poliestireno Expandido AAPE, su consultor técnico el Arq. Pablo
Azqueta realizó un informe de utilización de hormigones livianos con perlas de poliestireno
expandido molido. Se destacan las propiedades que le aporta dicho material al hormigón liviano,
desde pesos específicos muy bajos, buena aislación térmica por baja conductibilidad, escasa
absorción de humedad y buena resistencia mecánica. Según esta investigación, el poliestireno preexpandido puede ser reemplazado por poliestireno expandido molido para la ejecución de rellenos o
contrapisos y aislantes, que no requieran especificaciones especiales en cuanto a la resistencia
mecánica. Para mejorar su adherencia al hormigón plantean el uso de una dispersión acrílica o
vinílica. El Arq. Azqueta asesoró a la Arq. Yajnes en el comienzo de sus investigaciones sobre el
uso de EPS recomendando tener extremo cuidado en el diámetro del triturado y sobre el uso de
ligantes. Sus cuadros de dosificaciones fueron la base de análisis para el desarrollo de hormigones
con EPS y cascotes, a partir de sus mezclas con EPS y arena donde se reemplazaron diferentes
proporciones de arena por cascote en el proyecto SI TRP 19 SI FADU, UBA.
Definición de los materiales y sus características:
Cascote: El cascote es definido como un residuo inerte con superficies ásperas y formas
irregulares principalmente de cerámicos y materiales de morteros variando las densidades entre 500
a 1100 kg/m3 dependiendo de la etapa de medición. En Argentina no hay una legislación específica
en la clasificación, administración y disposición de los Residuos de Construcción y Demolición
(RCD). De cualquier modo, algunos gobiernos locales han empezado a trabajar en la regulación.
De acuerdo al origen de los cascotes es clasificado como un producto de:
Demolición completa de edificios por empresas especializadas: En el primer caso, el ciclo
comienza con las empresas de demolición realizando el trabajo de demolición separando los
ítems con valor de reventa de los residuos de construcción generales. Venden el cascote a
cascoteras donde son tratados (clasificados, limpiados, molidos y reclasificados por tamaño y
calidad) y son revendidos a distribuidores que lo venden al por mayor y al por menor para el uso
en la construcción. Este cascote tiene diferentes nombres dependiendo en el tamaño y la calidad
y el precio varía de acuerdo al tipo desde 160 $/m3 a 260 $/m3. En nuestra área se estima que
aproximadamente 14 empresas cascoteras mueven un volumen de 22.900 m3 equivalente a
entre 32.000 y 39.000 toneladas por mes. Los distribuidores venden estos productos con un
cargo de entre 13 y 25% del valor de mercado dependiendo del volumen de oferta y de las
condiciones del mercado. Este segmento no se ha tenido en cuenta porque el ciclo del producto
y su organización son beneficiosos.
Demolición parcial o completa de pequeños trabajos realizados por los mismos
constructores. El sobrante o subproducto dado las características de un sistema de construcción
tradicional es usado en nuestra área de estudio. El ciclo comienza en el trabajo mismo, con la
remoción de escombros a partir de las pequeñas demoliciones antes de que el trabajo de
construcción comience y el material surgido por exceso o roturas en el trabajo diario de obra.
Para remover los escombros se contrata un servicio de volquetes. Este proceso de tradición
local es caracterizado por un alto impacto ambiental, no hay clasificación en el lugar. El cascote
se mezcla con diferentes materiales no adecuados para ser reusados como desechos orgánicos
(compost) y otros residuos peligrosos por su composición química (adhesivos) u objetos filosos
(clavos, metal, vidrio). Los volquetes son usualmente ubicados fuera de las construcciones al
costado de la vereda donde los vecinos y transeúntes arrojan materiales orgánicos e inorgánicos
en forma indiscriminada. Estos volquetes son sobrecargados por razones económicas,
incrementando el peligro de desbordamiento tanto en el proceso de carga como de traslado a
vertederos, creando por otro lado atascamientos de tránsito. La fundación de la Unión Obrera de
la Construcción de la República Argentina (UOCRA) está desarrollando un programa piloto de
clasificación escombros en obra, como un experimento para analizar la factibilidad económica y
futura implementación, en conjunto con una compañía constructora, pero el sistema encuentra
dificultades organizacionales para su replicación. En el Área Metropolitana de Buenos Aires, las
compañías de volquetes descargan sus unidades en un predio de la Coordinación Ecológica
Área Metropolitana Sociedad del Estado (CEAMSE) mediante el pago de honorarios para su
disposición. Alli se separan y clasifican . Algunas compañías de volquetes descargan sus
contenidos en lugares ilegales para eludir dicho pago, creando inestabilidad en esos lugares. El
Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires, está trabajando en el diseño de un sistema más
eficiente para evaluar el ciclo del residuo incluyendo su reciclaje pero esta implementación está
lejos de una solución definitiva porque es un proceso muy complejo con muchos actores e
intereses en juego. Se estima que son recibidos/mes 39.478 ton de cascote en bruto. Nuestra
hipótesis es que se puede avanzar en la clasificación en obra para luego generar una logística de
recolección, procesamiento y destino de un porcentaje de estos residuos a nuestro próximo
proyecto .
Pequeñas demoliciones residenciales realizadas por sus dueños: son usualmente vendidos a
través de sitios de subastas en internet o dejados en las veredas. En la Ciudad de Buenos Aires,
hay un servicio gratis que dispone el retiro de hasta 15 bolsas o 500 kg de escombros diarios. De
acuerdo con los datos oficiales de la Dirección General de Limpieza de la Secretaría de Salud
Urbana, Ministerio de Medio Ambiente y Espacios Públicos, 1000 ton/mes fueron recolectadas en
este programa durante el 2013. Estimamos que este proceso puede ser re asignado a fábricas
locales dentro de nuestro próximo proyecto.
Estos materiales desde los puntos 1 al 3 son llamados Residuos de Construcción y Demolición
RCD.
Los remanentes cerámicos de fábricas de materiales de construcción: descartan piezas
como defectuosas o rotas. Este tipo de escombros no es considerado en nuestra investigación,
al tener un alto potencial para reusarse dentro de las compañías.
Desechos peligrosos: Los escombros de estaciones de servicios demolidas parciales o
completas requieren un tratamiento por ser considerados residuos peligrosos por contacto con
combustible. Este particular escombro no es considerado en nuestra investigación, a menos que
pase una aprobación para ser considerado adecuado para el ciclo de no peligrosos, de acuerdo
con la legislación vigente.
Fig. 3 Análisis segun origen de cascote
Poliestireno Expandido EPS:
El poliestireno expandido (EPS) es un plástico rígido celular hecho de poliestireno expandible que
contiene un agente expansor. Es usado para empaquetar productos alimenticios, suministros
médicos, productos electrodomésticos, mobiliario, equipamiento del hogar y paneles para aislación
en edificios. En su proceso de producción utiliza hidrocarburos puros como agente de expansión,
los cuales no contienen halógeno y no dañan la capa de ozono,. De acuerdo a los estudios
conducidos por los investigadores de este proyecto basado en estadísticas oficiales, como
promedio, 300.000 productos con embalajes de EPS son vendidos por mes en el Área
Metropolitana de Buenos Aires, representando aproximadamente 6000m3 de material apto para ser
recuperado.
‡
Hipótesis
Es posible mantener las tradiciones constructivas locales en relación al uso de mampuestos
desarrollando productos con mezclas de hormigón que incorporen materiales reciclados,
contribuyendo a la sustentabilidad de la construcción con impacto a corto, mediano y largo plazo.
Asimismo es posible establecer cadenas de recolección de cascote y EPS y los productos
resultantes en comparación con otros similares de mercado resultarán más económicos y livianos,
con mejor aislación térmica, buena resistencia al fuego y agentes biológicos, resistencia adecuada
para ser utilizados en construcción de muros no portantes y portantes según la fórmula adoptada y
sus refuerzos, contribuyendo a la disminución de la huella ecológica de la construcción.
Objetivos
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Promover el uso de RCD-RSU como agregados en mezclas de hormigones y productos finales
de construcción que respeten las tradiciones constructivas locales en lo referente a formato,
peso y terminaciones, con la misión de generar productos aptos para uso en emprendimientos
sociales y generación de empleos verdes, favoreciendo el cuidado del ambiente y la reducción
de la huella de carbono de la construcción.
Cumplimentar necesidades básicas insatisfechas de viviendas y otros edificios mejorando la
envolvente.
Obtención de mezclas más económicas que otras de usos similares al usar residuo como
materia prima; más livianas y aislantes que otras de usos similares existentes; que presenten
una buena resistencia al fuego.
Fabricación de productos que posean una resistencia adecuada para ser utilizados en
construcción de muros no portantes o portantes debidamente reforzados.
Contribución, con el uso de agregados provenientes de residuos de poliestireno y cascotes, a
la disminución de la Huella Ecológica de la Construcción al disminuir el riesgo que representan
embalajes y restos depositados en aceras y volquetes, para el escurrimiento de aguas en
sumideros tapados y el consumo y emisión de traslados.
Desarrollar una tecnología replicable y apta para la generación de empleo verde y joven.
Promover el trabajo en red con estudiantes de todas las carreras en diferentes niveles y
vinculaciones con otros centros de investigación de la propia FADU con inclusión de estos
temas ambientales en la curricula de grado.
Fig. 4 Propuesta de refuncionalización del modelo productivo-educativo-investigación
Ȉ
‡
Metodología
Mezclas y Formulas
A partir de la intención de responder a diferentes necesidades constructivas, se procura por un lado
alcanzar fórmulas que aplicadas a productos de determinados espesores cumplieran con los
valores reglamentarios locales para aislación térmica y por el otro conseguir una resistencia a la
compresión similar a la de los ladrillos comunes. En base a los datos de las tablas de dosificaciones
de hormigones con agregado de EPS de la Asociación Argentina del Poliestiereno Expandido se
trabajó sobre fórmulas en el reemplazo parcial de arena, aportes de diferentes ligantes y variando
fundamentalmente con el aporte del EPS, obteniendo diferentes mezclas con variación de pesos
específicos desde 660 kg/m3 hasta 1300 kg/m3.
Se desarrollaron 9 mezclas con diferentes dosificaciones que incluyeron uno o dos aglomerantes y
agregados finos y gruesos, provenientes estos de RSU (Residuo Sólido Urbano) y RCD (Residuo de
Construcción y Demolición), como el poliestireno expandido, cascote y papel de bolsa de cemento.
Se incorporaron asimismo diferentes materiales aditivos en estado líquido y en polvo. Se elaboraron
probetas prismáticas en moldes de las mismas medidas donde se volcaron las mezclas, a efectos
de obtener sus densidades y de cuantificar el aporte de cada material por m3 y luego así obtener el
costo de aporte de materiales vírgenes a precios de mercado y analizar la factibilidad de obtención
de los materiales reciclados. Se evaluaron costos con y sin valor de reventa de materiales
provenientes de reciclado. Previo a estos ensayos experimentales se sometieron las mezclas a
diferentes procesos de compactación para analizar la influencia de los mismos en las densidades
finales. Un factor común a todas las mezclas fue la incorporación de cemento, arena y EPS,
variando en las diferentes mezclas la incorporación de cal, adhesivo cementicio en polvo, adhesivo
líquido, cascote y papel triturado proveniente de bolsas de cemento. Se obtuvieron densidades
desde 660 kg/m3 para la mezcla Nº 2 hasta 1300 kg/m3 para la mezcla Nº 9 caracterizada por ser la
de menor aporte de EPS. Luego se aplicaron las diferentes mezclas según sus características
previstas de aislaciones y resistencias en función de densidades y materiales a los diferentes
productos diseñados: bloque hache, bloque ponedora y bovedilla. En todos los casos se buscó que
las superficies expuestas queden terminadas y con gran valor agregado de forma que los productos
sean aptos para competir en el Mercado Comercial con otros productos con las terminaciones
agregadas en obra. En una segunda etapa en desarrollo actual se incorpó el estudio de mezclas la
reutilización de material proveniente del triturado de los mismos bloques descartados en control de
calidad.
Procesos sobre materiales reciclados:
Fraccionamiento, Triturado y Tamizado de EPS: el material a reciclar es fraccionado a medida de la
boca de la trituradora, luego triturado y tamizado en el mismo proceso a 6 mm y embolsado.
Triturado, Tamizado y Filtrado de Cascotes: el material es revisado para eliminación de elementos
metálicos y cortantes, picado para reducir su tamaño, tamizado a 12 mm y filtrado para eliminar el
polvillo. Previamente a su incorporación en las mezclas, el material es humectado para evitar que
tome humedad de la mezcla.
Ensayos de mezclas:
Se fabricaron dos juegos de probetas prismáticas de 24 x 12 x 5 cm por cada una de las 9 mezclas
iniciales, dichas probetas fueron sometidas a ensayos normalizados de absorción y a ensayos de
fuego.
Ensayos de absorción:
En el primer ensayo las 13 unidades fueron pesadas secas, luego inmersas en agua durante 48hs,
luego enjugadas, escurridas y pesadas en diferentes intervalos, a la hora y a las dos horas de ser
retiradas del agua, luego a los 5, 14 y 21 días. Se puede observar en el gráfico siguiente que todas
las probetas, con excepción de la probeta de la mezcla Nº 8 tuvieron un comportamiento similar al
del ladrillo hueco absorbiendo un % de agua según tabla entre sus pesos seco y húmedo valor (a)
similares de entre 3 y 7% a los 5 días de retiradas del agua y con tendencia a recuperación de peso
seco al cabo de los 21 días de retirados del agua. Su respuesta fue muy superior a la ofrecida por el
ladrillo común, el adobe, y los bloques de hormigón celular y vibrado especialmente comparados los
resultados con las probetas correspondientes a las mezclas de mayor densidad (Nº4, 5 y 9)
.
Fig 5 Ensayo de absorción
Ensayos de Fuego:
En un segundo ensayo se estudió la respuesta de las probetas ante fuente de calor junto con otras
piezas standard de ladrillo común, ladrillo hueco, adobe y bloque de hormigón celular cortado. Se
aplicó una llama directa mediante soplete flambeador durante 5 minutos. Pudo observarse que en
todos los casos las partículas de EPS cercanas a la llama fueron consumidas por el fuego pero las
piezas no colapsaron presentando una estructura alveolar.
Transmisión del calor: En un tercer ensayo las 9 probetas con mezclas CEP más las 4 piezas de
productos de construcción ya testeados en absorción, fueron sometidos a una fuente de calor
durante una hora a 100 grados, en todos los casos el espesor de las piezas ensayadas fue de 11 a
12 cm. Si bien se midió la temperatura de arranque en ambas caras expuesta y opuesta a la fuente
de calor, en este test se priorizó la observación de la variación sufrida por la cara opuesta al calor.
Observamos que se destacaron dos grupos de respuestas, mientras que las probetas elaboradas
con las mezclas CEP 4, 5 y 9 presentaron una variación de 4,5 a 5 grados, en el resto de las
probetas esa variación se mantuvo entre 2 y 3 grados. Relacionamos este comportamiento con el
peso específico de las diferentes mezclas, siendo de 1200 kg/m3 para las CEP Nº 4 y 5 y de 1300
kg/m3 para la CEP Nº 9. No se observaron diferencias sustanciales para las mezclas de entre 660
(CEP Nº 2 y 8) y 880 kg/m3 (CEP Nº 1), incluyendo densidades intermedias (CEP Nº 3, 6 y 7).
En un cuarto ensayo se sometió uno de los bloques conformado por un alma de mezcla CEP Nº 7 y
terminaciones de morteros de cemento de 1cm en su cara exterior y de 0,5 cm en su cara interior,
durante 60 minutos, el fuego fue aplicado sobre su cara interior. Se midieron temperaturas
superficiales con anterioridad y posterioridad al ensayo en la cara expuesta al fuego y la cara
opuesta. Recién a los 30 minutos de exposición se visualizaron efectos superficiales, dada la
resistencia ofrecida por la mínima capa de mortero. La temperatura en la cara expuesta subió de 23
grados a 387 grados, mientras que la temperatura de la cara opuesta al fuego se mantuvo constante
durante todo el proceso en 23 grados, registrando un aumento de 3 grados luego de 60 minutos.
La cara expuesta al calor comenzó a enfriarse de forma inmediata luego de ser retirada la fuente de
calor recuperando la temperatura inicial luego de 120 minutos con una temperatura intermedia a los
60 minutos de 36 grados. El alma del bloque en mezcla CEP Nº 7 pasó de 23 grados al inicio, 27
grados luego de los 60 minutos de fuego para llegar a un pico de 40 grados luego de 30 minutos de
retirada la fuente para recuperar su temperatura inicial a los 120 minutos. Se concluye que el bloque
analizado presenta un alto grado de seguridad ante fuego al no tomar llama, no adquirir altas
temperaturas en las caras opuestas y recuperar rápidamente su temperatura inicial.
Fig. 6 Ensayo de fuego, llama directa y estudio consecuencias sobre el material.
Comparación entre diferentes mezclas:
x No se observaron diferencias en resultados preliminares comparando las mezclas de acuerdo al
adhesivo usado, la elección estará relacionada a la disponibilidad local y a la respuesta de cada
mezcla a la corrosión de barras de hierro que deban ser incluidas para reforzar el hormigón.
x Ensayos de compresión y de dureza superficial están pendientes.
x Para la selección de las mezclas usadas en nuestros productos dimos prioridad a las que
contenían cascotes.
x El uso de la mezcla Nº 8 fue descartado por los resultados del ensayo de absorción.
x Las mezclas Nº 1, 3, 7 y 9 fueron preseleccionadas, la selección final está realizada en cada
caso dependiendo de los requerimientos de aislación y resistencia.
Desarrollo de productos Todos los productos desarrollados en el CEP poseen capacidad aislante,
bajo peso en comparación con productos tradicionales, construcción sencilla sin requerir
conocimientos especiales.
Bloque Hache y hache plus:
Es un producto antisísmico, con función de cerramiento portante o no. Es de fácil e inequívoco
montaje por su propia forma el valor de la aislación térmica se maneja con el Nº de mezcla CEP
utilizada y el aporte de una capa maciza de EPS en el caso del hache plus. Sus caras están
terminadas de fábrica, su cara exterior trae calor, brillo o insertos y aislaciones. Presenta tubos
verticales para ser reforzados con concreto y barras de hierro de ser necesario por cálculo. El
sistema se compone de bloque estándar, bloque esquinero y bloque dintel. No se requiere de
revoques solo pintura reduciendo costos de mano de obra y de la construcción en general.
Fig. 7 Bloque Hache y hache plus.
Bloque Ponedora y Ponedora Mix:
Es un bloque de cerramiento para ser replicado en serie con una máquina así denominada por su
forma de trabajo, se partió de un producto existente hueco y con base y se ensayaron las
modificaciones requeridas para su evolución en un bloque que evite puentes térmicos. En la ficha 3
se observa el bloque ponedora reforzado con 3 huecos y en la ficha 4 el Ponedora Mix donde se
emplearon dos mezclas, una para el cuerpo resistente del bloque y otra para el relleno. No se
requiere de revoques solo pintura reduciendo los costos de mano de obra y construcción en
general. Actualmente la Cooperativa Nuevamente se encuentra en proceso de trabajo de
modificación de la máquina original.
Fig. 8 BLOQUE Ponedora y Ponedora Mix.
Fig. 9 Bovedillas
Bovedilla:
Es un producto que se utiliza para entrepisos y cubiertas, reemplazando otros elementos
tradicionales- cerámicos o de EPS, colocado entre viguetas prefabricadas de hormigón. El sistema
se completa con una capa de compresión con hormigón y malla de hierros según la tradición
constructiva local. Por su resistencia mecánica y forma ofrece a la vez mayor seguridad durante el
trabajo de montaje. La cara inferior tiene terminación a la vista eliminando tareas de obra.
Proceso de producción:
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Elección del producto y tipo de mezcla;
Preparación de moldes;
Procesado de materiales reciclados;
x Picado y Tamizado de cascotes
x Pesado de cascotes picados;
x Triturado y tamizado de EPS
x Medición en volumen de EPS triturado;
Pesado de materiales vírgenes (cemento, cales, arena, aditivos, colorantes, agua);
Pre humectación de cascotes;
Mezclado de EPS con agua más aditivos,
Mezclando restos de materiales en seco;
Mezclado de conjunto del hormigón;
Preparación de morteros para terminaciones con sus aditivos y colorantes;
Colado de capas;
Curado;
Desmolde;
Control de calidad;
Limpieza del lugar, moldes y herramientas.
Fig.10 Procesos de producción
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Logros:
Se logró obtener una variedad de mezclas a partir de la posibilidad de desarrollar hormigones
con diferentes dosificaciones y se logró la producción de una diversidad de mezclas con las
densidades buscadas y su análisis y conclusiones en solo 1 año de trabajo.
Se avanzó en el proceso de alianzas y vinculaciones entre el CEP y cátedras de Diseño
Industrial para el diseño y fabricación de máquinas y herramientas.
Se verificó la factibilidad del uso de RCD y RSU como agregados en mezclas de hormigones y
productos finales de construcción favoreciendo el cuidado del ambiente, la reducción de la huella
profesional en condiciones de habitabilidad y eficiencia energética, con muestras o procesos
experimentales.
Se incorporaron a los trabajos prácticos y de investigación del proyecto alumnos de la carrera
de arquitectura materia Introducción a los Tipos Constructivos en su modalidad final con
transferencia de investigación al grado y pasantes con crédito académico de estudiantes de las
carreras de arquitectura y diseño industrial.
Se desarrollaron los ensayos propuestos de absorción en los que se llegó a resultados
similares de pérdida de agua a los que ofrecen mampuestos vendidos en el mercado local.
Se desarrollaron los ensayos propuestos de comportamiento frente a fuego preliminares dentro
del CEP previos al desarrollo de los mismos en Laboratorio certificante donde se verificó que el
material resiste sin colapsar y permitiría escapar a los habitantes. Queda pendiente el ensayo de
emanación de gases tóxicos.
Se difundieron los resultados preliminares a los aquí presentados en Congresos
Internacionales con resultados satisfactorios, lo que permitió al Centro establecer vínculos con la
Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad de Sevilla para futuros intercambios
de investigaciones y pasantes a llevarse adelante en 2014/15.
Se difundieron los resultados preliminares a los aquí presentados en las Jornadas de
Investigación propias de la FADU, lo que permitió el conocimiento y posterior interés de
aplicación de mezclas y productos por parte de otros Centros de Investigación de la FADU y sus
investigadores constructores.
Los resultados preliminares fueron de utilidad en otras investigaciones de la FADU como las
desarrolladas con materiales en el Laboratorio Interactivo de Materiales y Tecnologías LIMATE
dirigido por el arq. Carlos Colavita, al cual se le proveyó de la tecnología para placas
medianeras, se trabaja en conjunto en la investigación de mezclas que suman a los
componentes del presente proyecto rezagos plásticos triturados sin valor de reventa en
mercado.
Dificultades:
La variedad y aleatoriedad en las características de los escombros disponibles.
Diferente compactación en las mezclas mientras se llenan los moldes, requiriendo establecer
un mecanismo simple de verter controlando el peso de las mezclas.
El alto costo de productos vinílicos usados en mezclas con EPS y la falta de información en
materiales alternativos
Los escasos recursos económicos disponibles para realizar los ensayos técnicos y adquisición
de maquinarias, herramientas y suministros.
El deseo para una búsqueda continúa para nuevas concentraciones potenciales para ser
desarrollados.
Conclusiones:
Se verificó la factibilidad del reciclado de escombros como un aporte a la reducción en el
volumen de desechos generados en centros urbanos y como aporte económico al reducir la
cantidad de material virgen a adquirir durante la construcción.
En Argentina el re uso de residuos de construcción no es todavía una cuestión regulada y
controlada. Aunque hay planes para reducir el volumen de desechos, no han sido aplicadas, el
x
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x
x
conocimiento sobre tratamiento no es promovido y las inversiones no son alentadas. La única
manera de reducir RCD es a través de los procesos de separación arriba descriptos, porque el
tratamiento equivocado puede crear problemas en la construcción.
La potencial disponibilidad de escombros en nuestra área (Ciudad de Buenos Aires) es muy
grande porque no hay lotes vacantes y todas las nuevas construcciones requieren una previa
demolición.
Debido a nuestra tradición en la construcción mayormente con ladrillos, los escombros de las
demoliciones tienen gran porcentaje de morteros y cerámicos, siendo su uso más habituales
como relleno. Nuestra propuesta de investigación extiende el campo de su uso como agregado
en la realización de mampuestos.
Con la aplicación de los residuos de materiales de EPS incorporados en nuestra investigación,
un sector marginal de nuestra sociedad puede ser incluida en el circuito de recolección y puede
también ser capacitada para trabajar en la producción de estos materiales de construcción,
creándose así nuevos trabajos verdes.
Nuestro Centro promueve la investigación dentro de la creación de nuevos materiales con la
combinación de estos residuos para demostrar la posibilidad de sus usos y esparcir los
beneficios derivados de ellos. Pero no es suficiente, requiriendo la aplicación de reglas
nacionales en el manejo de RCD.
Considerando un promedio, un bloque de 40 x 17 cm de frente usa 2 kg de cascotes con la
formulas CEP Nº 1 y 7, en una casa de 42 m2 con un desarrollo de 72 m2 de muros se pueden
recuperar 2,10 ton de cascote. Relacionando el dato de la figura 2. una recolección de 2450 ton/
mes de escombros puede llegar a ser la materia prima para la construcción de 1166 viviendas
por mes y su costo es competitivo a igualdad de prestaciones.
Se han procurado así estrategias con miras a la reducción y estabilización de las emisiones de
GEI para el año 2050: mediante la promoción de materiales que colaboran desde su aporte a la
aislación térmica de la envolvente y la reducción en el uso de energías no renovables al reducir
translados y consumos de materiales vírgenes.
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USO Y GENERACION LOCAL DE LA ENERGIA
Ismael H Eyras, Julio Durán, Francisco Parisi, Ramón Eyras, y Marcelo
ÈOYDUH] ³Proyecto Iresud: Primeros ejemplos de Energía Solar Fotovoltaica
,QWHJUDGD D OD $UTXLWHFWXUD %,39 HQ HO SDtV´ Escuela de Ciencia y
Tecnología, Universidad Nacional de San Martín)
RESUMEN
El proyecto IRESUD comenzó a ejecutarse a fines de 2011 con el objetivo de promover la
generación eléctrica a partir de energía solar fotovoltaica conectada a la red de baja tensión,
distribuida en áreas urbanas. La generación de energía en los mismos centros de consumo implica
un importante ahorro en transporte de la energía, permitiendo a su vez disminuir el quemado de
combustibles fósiles. Esta iniciativa de la Comisión Nacional de Energía Atómica y la Universidad
Nacional de San Martín junto con 5 empresas privadas y financiada parcialmente por el Ministerio
de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación, preveía, entre otras actividades, el
diseño, instalación y operación de sistemas fotovoltaicos piloto en viviendas y edificios públicos y
privados ubicados en áreas urbanas.
El proyecto pretende contribuir a que en el futuro la energía solar fotovoltaica distribuida y
conectada a red represente un aporte significativo a la matriz energética nacional, enfocándose en
esta etapa en la especialización de profesionales, la regulación técnica y una propuesta de
normativa para utilizar estos sistemas en viviendas y edificios.
Por otra parte, la filosofía de la integración arquitectónica o BIPV ("Building Integrated
Photovoltaics") consiste en dotar al sistema fotovoltaico de una doble función: generación de
energía y elemento de construcción.
Este proyecto abre además las puertas a la modalidad de construcción sustentable, que
prácticamente no existía como práctica proyectual sistemática en nuestro país.
Palabras clave: Arquitectura, Energía, Fotovoltaica, Integración, Solar
INTRODUCCION
El proyecto IRESUD tiene por objeto principal introducir en el país tecnologías asociadas con la
interconexión a la red eléctrica en áreas urbanas y periurbanas, de sistemas solares fotovoltaicos
(FV) distribuidos. Contempla para ello la implementación de cuestiones técnicas, económicas,
legales y regulatorias. A tal fin, se proponen los siguientes objetivos específicos:
x
Generar y ejecutar proyectos de desarrollo de capacidades tecnológicas vinculados con la
inserción en el país de las tecnologías de generación FV distribuida e interconectada a red.
x
Desarrollar e impulsar el establecimiento de instrumentos (promoción, subsidios, normativa legal
y técnica) que promuevan la instalación en el país de sistemas FV distribuidos conectados a la
red.
x
Diseñar, instalar y operar sistemas FV, ubicados en viviendas y edificios públicos y privados,
conectados a la red pública de baja tensión.
x
Promover la inyección a la red de energía eléctrica generada mediante sistemas FV distribuidos.
x
Instalar sistemas FV en los organismos de ciencia y tecnología involucrados, para análisis,
ensayo, determinación de eficiencia y calificación de diseños y componentes de sistemas.
x
Desarrollar recursos humanos especializados en las empresas y organismos intervinientes.
El proyecto comenzó a ejecutarse a fines de 2011. Esta iniciativa previó entre otras actividades, el
diseño, instalación y operación de sistemas fotovoltaicos piloto en viviendas de interés social y edificios
públicos y privados, ubicados en áreas urbanas. La generación de energía en forma distribuida y dentro
de los mismos centros de consumo implica un importante ahorro en transporte de la energía, y posibilita
su crecimiento futuro reduciendo la inversión y permitiendo a su vez disminuir el quemado de
combustibles fósiles, y, por consiguiente, las emisiones de CO2 a la atmósfera.
El proyecto está parcialmente subsidiado con Fondos Argentinos Sectoriales (FONARSEC) a través
de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT) del Ministerio de Ciencia,
Tecnología e Innovación Productiva (MINCyT). Para su ejecución se creó el Convenio Asociativo
Público-Privado IRESUD, conformado por dos organismos públicos: la Comisión Nacional de
Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de San Martin (UNSAM), y 5 empresas
privadas: Aldar S.A., Edenor S.A., Eurotec S.R.L., Q-Max S.R.L. y Tyco S.A.. Asimismo, cuenta con
el apoyo del Ente Nacional Regulador de la Electricidad (ENRE) y la Secretaría de Energía de la
Nación.
Participan también en el proyecto desde un comienzo las Universidades de Buenos Aires (Facultad
de Ingeniería), Nacional de General Sarmiento, Nacional de Luján, Nacional de La Plata y
Tecnológica Nacional (Regionales Buenos Aires y Mendoza), a través de un proyecto de
investigación científica y tecnológica orientado (PICTO) de la ANPCyT, y la Universidad Nacional
del Nordeste. Más recientemente, se han sumado otras universidades y organismos: Universidad
Nacional de Misiones, Universidad Nacional de Santiago del Estero, Universidad Nacional de
Tucumán, Universidad Nacional de Chaco, INENCO ± Universidad Nacional de Salta, Universidad
Nacional de Mar del Plata, Universidad Nacional de La Plata, UTN ± Regional San Francisco,
Secretaría de Energía del GCBA, Secretaría de Energía de Corrientes, Secretaría de Energía de
Entre Ríos, Secretaría de Energía de Río Negro, Secretaría de Energía de Santa Fe, Ente Provincial
de Energía del Neuquén (EPEN, y las Cooperativas de Rojas (Prov. de Buenos Aires) y de
Armstrong (Prov. de Santa Fe).
Hasta el presente, se han instalado 20 sistemas con una potencia total de aproximadamente 75 kW p, y se
encuentran en etapa de diseño o construcción otros 18. Están ubicados en la Ciudad Autónoma de
Buenos Aires y 15 provincias, previéndose la inclusión de un número mayor de provincias, e incluso la
instalación de uno en la Base Marambio, Antártida Argentina. Las Figuras 1 y 2 muestran la ubicación de
Figura 1: Interfaz "Google Earth" con la localización de
instalaciones y proyectos realizados en el marco del
proyecto http://IRESUD.com.ar/instalaciones-piloto/.
En amarillo, sistemas ya instalados, y en azul,
sistemas en construcción o proyectados.
las instalaciones a través de una interfaz del "Google Earth".
Estos sistemas, conectados a la red interna de los edificios o a la red pública, permiten difundir esta
tecnología en los organismos de decisión y en la sociedad en su conjunto, evaluar su funcionamiento en
diferentes áreas urbanas del país, analizar los efectos de esta inyección sobre la red eléctrica y capacitar
técnicos locales.
En resumen, el proyecto pretende contribuir a que en el futuro la energía solar fotovoltaica distribuida y
conectada a red represente un aporte significativo a la matriz energética nacional, enfocándose en esta
etapa en la especialización de profesionales, la regulación técnica y una propuesta de normativa para
utilizar estos sistemas en viviendas y edificios.
Figura 2: Interfaz "Google Earth" con la localización de instalaciones y proyectos en el Área Metropolitana
Buenos Aires y ciudades cercanas. En amarillo, sistemas ya instalados, y en azul, sistemas en construcción o
proyectados.
Por otra parte, la filosofía de la integración arquitectónica, conocida también por su sigla en Inglés, BIPV
("Building Integrated Photovoltaics") consiste en dotar al sistema fotovoltaico de una doble función:
generación de energía y elemento de construcción edilicia.
Algunos aspectos destacables de esta simbiosis entre sistemas solares y edificación son:
x
El módulo fotovoltaico -o el colector térmico- pueden reemplazar determinados componentes de
la construcción, como por ejemplo una cubierta inclinada, un parasol o una galería, también
paramentos verticales expuestos al sol, por lo que se puede descontar estos componentes del
costo total del sistema solar.
x
La superficie necesaria para la estructura de sustento del generador ya está pagada por la
construcción del edificio.
x
Un generador fotovoltaico -o solar térmico- puede reducir la carga térmica del edificio al generar
sombras, y por lo tanto el consumo energético para su climatización.
x
Se reducen las pérdidas por el habitual transporte de la energía, ya que la misma se produce en
el mismo sitio del consumo
A estas ventajas, se podría agregar la escasez habitual y el alto costo del suelo en los centros
XUEDQRV/DLQWHJUDFLyQGHORVVLVWHPDVVREUHOD³HQYROYHQWHVRODU´GHORVHGLILFLRVOLEHUDHOVXHOR
urbano para otros usos.
Es necesario sin embargo advertir que la instalación de módulos fotovoltaicos -o captadores
térmicos- en forma indiscriminada y carente de estos criterios arquitectónicos pudiera sumarse a la
de otros que hoy contaminan el ambiente urbano (publicidad gráfica excesiva, instalaciones de
cableado de TV, antenas, o equipos de aire acondicionado) y generan impactos visuales no
deseados, produciendo el lógico rechazo de los habitantes de la ciudad, máxime si se interviene en
sitios históricos y en entornos patrimoniales. Por ello, es menester el trabajo conjunto de los
profesionales de la construcción y los proveedores de sistemas solares para que los mismos se
integren armónica y funcionalmente al diseño de los edificios y su entorno.
En los ejemplos seleccionados para el presente artículo, la instalación de los módulos fotovoltaicos
contempla de alguna manera su integración a los edificios o sus entornos físicos. Además de
generar energía, producen ahorros significativos en aspectos constructivos y/o de climatización,
logrando un efecto sinérgico planteado entre generación de energía y construcción.
1.
Pérgola en edificio TANDAR, CNEA, San Martín, Provincia de Buenos Aires
4,9 kWp, 23 módulos FV de 215 Wp c/u
2.
Gensolar - Vivienda unifamiliar, Parque Leloir, Provincia de Buenos Aires
5,0 kWp, 20 módulos FV de 250 Wp c/u
3.
Facultad de Informática, Universidad Nacional de la Plata (UNLP), Provincia de Buenos Aires
16,92 kWp, 72 módulos FV de 235 Wp c/u
4.
Plaza Eva Perón, Granadero Baigorria, Provincia de Santa Fe
2,9 kWp, 12 módulos FV de 240 Wp c/u
5.
Galpón Nro. 11 Ciudad Joven, Rosario, Provincia de Santa Fe
2,88 kWp,12 módulos FV de 240 Wp c/u
6.
Campus Deodoro Roca, Universidad Nacional del Nordeste (UNNE), Provincia de Corrientes
6.72 kWp, 28 módulos FV de 240 Wp c/u
7.
Secretaría de Energía de la Provincia de Corrientes
2,82 kWp, 12 módulos FV de 235 Wp c/u
8.
Universidad Nacional de Santiago del Estero, Provincia de Santiago del Estero
4,8 kWp, 20 módulos FV de 240 Wp c/u
9.
Universidad Nacional de Catamarca, Provincia de Catamarca
2,88 kWp,12 módulos FV de 240 Wp c/u
10. Escuela de la Magistratura, Poder Judicial de Salta, Provincia de Salta
2,88 kWp,12 módulos FV de 240 Wp c/u
1.- Pérgola en edificio TANDAR, CNEA: El proyecto fue consensuado luego de estudiar varias
posibilidades de integración en el edificio. Algunas alternativas habrían dado lugar a un mayor
beneficio bioclimático a la realizada, pero requerían el acuerdo de distintos actores, además de
tratarse de instalaciones algo más compleja, costosas e intrusiva.
Se seleccionó la ubicación de los paneles para lograr una acción bioclimática y agregar una función
arquitectónica. Se realizaron estudios de asoleamiento y croquis de un primer nivel de anteproyecto.
2.- Gensolar - Vivienda unifamiliar: Se trató de una iniciativa privada en una vivienda particular de
alto poder adquisitivo. El profesional que realizó el proyecto, perteneciente a la empresa Gensolar,
logró una incorporación armónica de los paneles solares al conjunto de la construcción.
3.- Facultad de Informática, UNLP: Se consensuó el proyecto con las autoridades de la Facultad.
Se realizaron los estudios de asoleamiento y croquis con el objeto de lograr un beneficio
bioclimático y funcionalidad arquitectónica. Se realizaron planos de ingeniería de detalle y
documentación de obra a los efectos de realizar un concurso de precios. Participaron del proyecto y
de la construcción arquitectos y técnicos de IRESUD tanto como de la UNLP.
4.- Granadero Baigorria, Provincia de Santa Fe: Se trata de una de las pocas instalaciones
realizadas dentro del proyecto, concebida ex novo como proyecto de integración arquitectónica. Se
realizaron estudios preliminares de asoleamiento y sombras, y croquis. El diseño final fue realizado
por el arquitecto local.
5.- Ciudad Joven, Rosario: Se realizó el proyecto en forma consensuada con autoridades y
profesionales locales. Se realizaron croquis y estudios de asoleamiento y sombras. Se confeccionó
una sucinta documentación de la obra. Se realizaron también visitas del equipo IRESUD al sitio para
resolver temas durante la instalación.
6.- Campus Deodoro Roca, UNNE, Corrientes: La instalación fue proyectada y realizada
íntegramente por los profesionales locales, quienes cuentan con experiencia previa en instalaciones
fotovoltaicas.
7.- Secretaría de Energía de la Provincia de Corrientes: La instalación fue proyectada y realizada
íntegramente por los profesionales locales, quienes cuentan con experiencia previa en instalaciones
fotovoltaicas. En este caso, profesionales de IRESUD realizaron una visita previa para consensuar
la ubicación, ángulo y disposición de los módulos.
8.- Universidad Nacional de Santiago del Estero: La instalación fue proyectada y realizada
íntegramente por los profesionales locales, quienes cuentan con experiencia previa en instalaciones
fotovoltaicas.
9.- Universidad Nacional de Catamarca: La instalación fue realizada íntegramente por el equipo
local, que cuenta con experiencia previa en el tema. En esta instalación se observan algunos
elementos sobre el plano de captación que pueden dar lugar a sombras parciales durante el verano,
con sus consecuentes pérdidas en la generación de energía. Teniendo en cuenta que la aparición
de sombras sobre sistemas fotovoltaicos en ambientes urbanos es relativamente usual, esta
instalación puede dar lugar a un estudio de caso.
10.- Escuela de la Magistratura, Poder Judicial de Salta: La instalación fue proyectada y
realizada íntegramente por los profesionales locales, quienes cuentan con experiencia previa en
instalaciones fotovoltaicas. Se realizaron estudios de asoleamiento y balances térmicos previos y
posteriores a la instalación.
CONCLUSIONES
Consideramos que uno de los logros principales de IRESUD consiste en haber consolidado una red
universitaria, científica y técnica de colaboración, que constituirá la base de una masa crítica suficiente
para impulsar desde la misma y junto a otras entidades estatales del sector, una normativa legal y
técnica que permita el necesario crecimiento de las energías renovables en general y de la energía solar
y distribuida en áreas urbanas en particular.
Esta red fue impulsada por organismos de ciencia y técnica, y está principalmente constituida por
Facultades de Ingeniería, Física, Electrónica y otras ramas de la ciencia, siendo todavía escasa la
participación de profesionales de carreras proyectuales y de construcción. En tal sentido, IRESUD
impulsa la utilización y difusión de la ‡•’‡…‹ƒŽ‹†ƒ†’”‘›‡…–—ƒŽ†‡‘‹ƒ†ƒDz–‡‰”ƒ…‹×”“—‹–‡…–א‹…ƒdz
para el diseño de sistemas fotovoltaicos para viviendas y edificios.
La situación inicial planteada en el párrafo anterior, una red extensa de colaboración científica carente
de conocimientos sobre proyecto y construcción, sumada a la escasa participación de profesionales
asociados a la construcción y al proyecto, junto con las dificultades económico-financieras propias de un
proyecto de este tipo, han desbordado al pequeño equipo de arquitectura de IRESUD, limitándolo
mayormente al asesoramiento, la consulta y la elaboración de los primeros croquis (muchos de ellos
geoposicionados) de las instalaciones.
Dichas consultas, asesoramiento y conjunto de esquemas y posibles soluciones sencillas para
instalaciones piloto deberán constituir en lo sucesivo una pequeña guía de integración que permita un
mayor compromiso, sistematice la información y establezca un pequeño protocolo de trabajo entre las
entidades que se muestren interesadas en esta modalidad de instalación y el área de arquitectura de
IRESUD.
No obstante lo expuesto, un porcentaje significativo de las instalaciones piloto -que ya inyectan su
energía a la red dentro del régimen experimental que el proyecto permite- han adoptado distintas
estrategias de integración arquitectónica, aún con diferentes grados de compromiso, asesoramiento
sobre el tema y suceso. Se debe tener en cuenta también que proyectos que plantean la integración
arquitectónica, implican mayores costos, tiempos de desarrollo y resultan más laboriosos, por lo cual
muchos de ellos aún están en etapa de proyecto, como las instalaciones planteadas en los edificios del
Ente Nacional Regulador de la Electricidad (ENRE), el Ministerio de Planificación Federal, Inversión
Pública y Servicios y el Honorable Senado de la Nación.
El proyecto IRESUD abre entonces las puertas a esta modalidad de construcción sustentable: la
integración arquitectónica de la energía solar o BIPV, que prácticamente no existía en nuestro país, salvo
escasísimas excepciones, ahora como práctica proyectual sistemática, lo cual consideramos sumamente
auspicioso.
De implementarse la normativa técnico legal que regularice e impulse el crecimiento de la generación de
energías renovables en forma distribuida en las áreas urbanas, y de acuerdo con el panorama energético
local y mundial, actual y futuro, resulta lógico esperar también un aumento exponencial en cantidad y
calidad de estos primeros ejemplos aquí mostrados.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo es financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, la
CNEA, la UNSAM y las 5 empresas integrantes de IRESUD. Las diferentes Universidades, Secretarías de
Energía, Entes Provinciales de Energía y Cooperativas que se han sumado al proyecto a través de
acuerdos con la UNSAM, han financiado parcialmente las instalaciones realizadas en los respectivos
edificios.
Los autores agradecen la colaboración de los socios de IRESUD y de los profesionales y técnicos
responsables de las instalaciones realizadas en Universidades, Secretarías de Energía, Entes de
Regulación, Entes Provinciales, Cooperativas y viviendas.
Los siguientes integrantes del Departamento Energía Solar de la CNEA han participado activamente en el
diseño y la instalación de algunos de los sistemas presentados en este trabajo: José Di Santo, Javier
Fernández Váquez, Sebastián Muñoz, Carlos A. Rinaldi, José Olima y Oscar Romanelli. Asimismo, los
autores agradecen muy especialmente a Gabriela I. Durán, quien coordina las cuestiones
administrativas, contables y de difusión del proyecto.
+XJR *URVVL *DOOHJRV \ (GXDUGR &RTXHW ³Análisis de la energía solar
disponible en el Área Metropolitana de Buenos Aires ± $0%$´empresa: PSL)
RESUMEN
En los últimos años adquirió marcada importancia a nivel mundial la generación de energía eléctrica
por medios no convencionales. En Argentina, además de la decisión del Estado Nacional de
participar activamente en estas tareas, la desregulación del mercado ha determinado que tanto
empresas privadas como gobiernos provinciales hayan decidido incorporarse a la generación
fotovoltaica centralizada de potencia; esto ha dado lugar a una creciente demanda de información
detallada que permita conocer los mejores sitios de instalación de las centrales fotovoltaicas y su
potencial rendimiento, con vistas a mejorar su oferta energética y negociar por anticipado el costo
de la energía generada.
Se analizaron anteriormente estaciones solarimétricas con extensas series de mediciones en
diferentes zonas del país a fin de determinar el tiempo que es necesario medir, tanto a nivel anual
como mensual, como para asegurar que el promedio no difiera de la media climatológica en más del
HUURU LQVWUXPHQWDO 6H FRQVWUX\y SDUD HOOR XQD IXQFLyQ ³DQRPDOtD UHODWLYD´ \ VH HVWXGLy HO
FRPSRUWDPLHQWRWHPSRUDOGHVXVFRWDVGHWHUPLQDQGRHOODPDGR³WLHPSRGHFRQYHUJHQFLD´
Como no existen en el AMBA series temporales lo suficientemente extensas, se muestran los
resultados hallados para otras zonas del país y se plantea la validez de los mismos, discutiendo la
representatividad espacial y temporal de los valores medios disponibles en el área. Se consideró la
estación San Miguel, analizando la calidad de sus datos diarios y la estabilidad temporal de la serie.
Como consecuencia de ello, se propone como valor medio de la energía solar a colectar
2
anualmente sobre un plano horizontal 1,57 MWh/m con una incerteza de 6% y la serie de
promedios mensuales.
Palabras clave: convergencia, irradiación global, promedios anuales.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años adquirió marcada importancia a nivel mundial la generación de energía eléctrica
por medios no convencionales. En Argentina, además de la decisión del Estado Nacional de
participar activamente en estas tareas, la desregulación del mercado ha determinado que tanto
empresas privadas como gobiernos provinciales hayan decidido incorporarse a la generación
fotovoltaica centralizada de potencia; esto ha dado lugar a una creciente demanda de información
detallada que permita conocer los mejores sitios de instalación de las centrales fotovoltaicas y su
potencial rendimiento, con vistas a mejorar su oferta energética y negociar por anticipado el costo
de la energía generada.
En general, las estaciones solarimétricas de medición han estado ubicadas en zonas rurales o semirurales homogeneas que permitían la extrapolación de los valores obtenidos. Ante las posibilidades
que abre la instalación de sistemas fotovoltaicos distribuidos interconectados a la red eléctrica en
áreas urbanas y periurbanas, como así también el aprovechamiento de la energía solar en el diseño
y energización de viviendas, se hace imperioso conocer en dichas ubicaciones el recurso solar de
PDQHUDDGHFXDGDORTXHLQFOX\HHOOODPDGRāWLHPSRGHFRQYHUJHQFLD´HVWRHVHOWLHPSRQHFHVDULR
para que los promedios obtenidos no difirieran del valor a largo plazo (media climatológica) en más
del error instrumental.
/D GHQRPLQDFLyQKDELWXDO GH³FOLPDWROyJLFD´VH DSOLFDDODVYDULDEOHVPHWHRUROyJLFDV SURPHGLDGDV
sobre 30 años, pero es algo discutible, sobre todo en momentos en que se habla de cambios en el
clima y en particular, en lo que hace a lo solar, cuando se trabaja desde fines de la década pasada
FRQ WpUPLQRV FRPR ³RVFXUHFLPLHQWR VRODU´ solar dimming \ ³DEULOODQWDPLHQWR VRODU´ solar
brithnening) a los que se les han dedicado abundantes publicaciones (Wild, 2009).
Son escasas las estaciones de medición que incluyen valores de radiación de tanta extensión; en
$UJHQWLQDVRODPHQWHHQODHVWDFLyQGHODH[í5HG6RODULPpWULFDXELFDGDHQ3DUDQi(QWUH5tRVVH
ha medido por más de 30 años la radiación global diaria sobre un plano horizontal, que es la
variable solar básica de interés energético.
En el marco de una convocatoria del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, se conformó, en
el año 2011, el consorcio público-privado IRESUD entre la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la
Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) y 5 empresas privadas, para la ejecución de un proyecto
titulado ͞/ŶƚĞƌĐŽŶĞdžŝſŶ ĚĞ ^ŝƐƚĞŵĂƐ &ŽƚŽǀŽůƚĂŝĐŽƐ Ă ůĂ ZĞĚ ůĠĐƚƌŝĐĂ ĞŶ ŵďŝĞŶƚĞƐ hƌďĂŶŽƐ͟ ƋƵĞ tiene por
objeto introducir en el país tecnologías asociadas con la interconexión de sistemas fotovoltaicos (FV) a la red
eléctrica en áreas urbanas, contemplando cuestiones técnicas, económicas y regulatorias. En una primera
etapa, estas instalaciones están siendo conectadas a la red interna de los respectivos edificios; al mes de julio
de 2014 se encuentran en estas condiciones en el país unos 80 kW p , de los cuales algo más de 18 kW p se
ubican en el Área Metropolitana de Buenos Aires (AMBA).
Una de las regiones urbanas seleccionadas en el proyecto fue el Área Metropolitana de Buenos
Aires (AMBA) y allí no existen series temporales lo suficientemente extensas y de calidad
controlada, por lo que se incluyó en el mismo un estudio del recurso solar y sus características en
base a la información disponible (las pocas estaciones automáticas instaladas por el Gobierno de la
Ciudad Autónoma de Buenos Aires no presentaban suficiente estadística como para ser
consideradas).
ANTECEDENTES
(Q XQ DQWHFHGHQWH SUHSDUDWRULR GHO SUR\HFWR DQWHV FLWDGR LGHQWLILFDGR FRPR ³Interconexión de
sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica en ambientes urbanos³3,&72-CIN 2010-0087), una de las
tareas planteadas fue la evaluación del recurso solar. Se consideraron así 5 estaciones que
operaban piranómetros termoeléctricos en el AMBA: Luján, Partido de Luján, estación de GERSolar
de la Universidad Nacional de Luján; San Miguel, Partido de General Sarmiento, perteneciente al
Servicio Meteorológico Nacional (SMN), Villa Martelli, Partido de Vicente López, estación CEILAPBA, Villa Ortúzar, CABA, Observatorio Central del SMN, y Centro, CABA, operada por la UTNFacultad Regional Buenos Aires.
Se compararon algo más de 3 años de datos diarios de radiación global tomadas en las estaciones
del CEILAB y Villa Ortúzar y, si bien se observó que guardaban una buena correlación lineal, pudo
verificarse que los valores de Villa Ortúzar eran inferiores en un 10% a las primeras, lo que es
fácilmente explicable por la zona arbolada que rodea a la estación y le resta horizonte; para el
mismo período, la correlación entre la estación de la UTN y la del CEILAP presentó mucho más
ruido y la misma reducción de las señales. Por estos motivos, se decidió limitar el estudio posterior
a las 3 estaciones restantes; las distancias entre estaciones son de 21,1 km, 29,5 km y 50,5 km.
Raichijk (2010) estudió la variabilidad espacial de las integrales diarias de la irradiación solar global
en las estas estaciones para el período ya citado y analizó la evolución comparada de las medias
mensuales en las 3 estaciones. Teniendo en cuenta la incerteza instrumental y las escasas
diferencias entre los registros, se propuso utilizar los datos diarios de radiación solar global sobre
plano horizontal obtenidos en San Miguel, habida cuenta de la longitud temporal de la serie (Grossi
2
Gallegos, 2012), proponiendo entonces 15,4 MJ/m como valor para la media anual del valor diario.
Se completó el informe interno del mencionado PICTO con los resultados obtenidos por Grossi
Gallegos y Righini (2012) al estimar con un modelo isotrópico la energía media que se acumularía
en San Miguel durante un año en un plano orientado al Norte e inclinado el ángulo ideal que se
determinó; finalmente, utilizando el modelo KT (Klein y Theilaker, 1981), Navntoft (2012) estimó la
variación en la energía colectada en un plano inclinado el ángulo óptimo al cambiar la orientación
del mismo.
MATERIALES
En base a la propuesta de considerar como válidos para la zona del AMBA los valores medidos en
la estación San Miguel (34°33´S; 58°44´W) desde agosto de 1979 hasta comienzos de 2013, se
decide en este trabajo analizar detalladamente la serie de datos diarios a fin confirmar el valor
medio adoptado y determinar a la vez el tiempo de convergencia, Tconv, esto es, el tiempo que es
necesario medir para asegurar que los promedios determinados a partir de ellos difieren de la media
a largo plazo en menos del error instrumental.
La información de esta estación fue tomada inicialmente agosto de 1979 con sensores fotovoltaicos
Rho Sigma; del 1 de marzo de 2000 hasta el 31 de mayo de 2004 se lo hizo con un piranómetro
termoeléctrico Eppley modelo PSP y finalmente, a partir del 1 de junio de 2004 operó uno similar de
la empresa Kipp & Zonen modelo CM11. Como la incerteza de los sensores fotovoltaicos utilizados
era de 6% y la de los termoeléctricos 5%, se consideró en general que las medidas de la serie
estaban afectadas por una incerteza de 6%.
Se consideró entonces la serie de promedios mensuales de irradiación solar global diaria colectados
en la estación San Miguel, reteniendo aquellos meses en los cuales no faltaban más de 3 datos
diarios (completitud de 10%). Se aplicó como condición adicional la de eliminar de las series
temporales todos aquellos valores que quedaran afuera de un intervalo de confianza de ± 1,96V
(compatible con el nivel de significancia de 5% que se utilizará en el test de análisis de la
pendiente); este intervalo fue ampliado teniendo en cuenta la incerteza de medición (± 6%).
El resultado fue sorprendente y lamentable porque, de los más de 30 años en los que se midió, al
aplicarse estos estrictos criterios de consistencia y completitud sólo pudieron ser rescatados 8
completos, es decir, que todos los meses de cada uno de estos 8 años pasaran el análisis (lo cual
no impide que se puedan generar series más extensas de promedios mensuales). Los cambios de
dependencia de la estación y del grupo de trabajo generó interrupciones en los registros y cambios
en la modalidad de trabajo, alternándose mediciones de rutina, calibraciones y ensayo de
instrumentos.
METODOLOGIA
Una forma interesante de visualizar los años de medición (i) necesarios para asegurar que el
promedio determinado en base a ellos (Hi) no difiere de la media a largo plazo (H M) en más del nivel
de incerteza del instrumental con que fueron adquiridos los datos (en este caso, 6%) es el análisis
temporal de la anomalía relativa. Este estimador puede definirse porcentualmente como sigue:
AR(%) = 100*(Hi ± HM)/HM
Se pueden agrupar así estos valores en un número variable a partir de 2 hasta el máximo disponible
a partir de cualquier año (suponiendo que la serie no presenta tendencia definida), siguiendo la
secuencia temporal en que fueron obtenidos y calculando los valores máximo, mínimo y medio de
esta anomalía relativa para cada grupo de años considerados. Este procedimiento es más robusto
que el simple cálculo de las anomalías entre valores consecutivos de la serie temporal, que también
podría ser utilizado.
Para poder aplicar la metodología enunciada más arriba (esto es, calcular los agrupamientos a partir
de cualquier año de la serie) era necesario verificar estadísticamente que no existía tendencia en la
secuencia temporal. Para la serie de promedios anuales de la estación San Miguel (para aquellos
registros que tenían completos los valores mensuales a un nivel del 90%) el resultado hallado fue
que no había evidencia estadísticamente significativa al nivel del 5% de que la pendiente no fuera
nula.
RESULTADOS
Promedios anuales
A partir de las 8 medias anuales consideradas se obtuvieron 7 promedios bianuales, 6 trianuales y
así siguiendo, hasta llegar al valor promedio de los 8 años disponibles (HM); se calcularon luego las
correspondientes anomalías relativas y sus valores medios. Finalmente, se ubicaron para cada
agrupamiento los valores máximo, mínimo y medio, los que se presentan en la Figura 1.
En este análisis puede observarse que en San Miguel los valores de la irradiación global diaria
media anual calculados en base a un solo año de datos (abscisa 1), pueden diferir levemente por
defecto en el error instrumental (6%); pero a partir de allí, ninguno de los promedios provenientes de
los agrupamientos de 2 o más años difiere en más del error instrumental del promedio general
calculado en base a los 8 años considerados.
Figura 1: Variación de la anomalía relativa porcentual media de los promedios anuales de la
irradiación global diaria en San Miguel en función del número de años agrupados, acompañadas por
los valores máximos y mínimos.
Este resultado es similar al obtenido al analizar las series de promedios anuales de las estaciones
Paraná, Rafaela y Córdoba en las que resultó suficiente promediar 1 o 2 años (Grossi Gallegos et
al, 2014).
2
El valor medio diario calculado en base a esta serie de datos fue de 15,5 MJ/m , con un coeficiente
de variabilidad temporal de 3,6%. Por lo tanto, se puede esperar que el valor medio de la energía
solar a colectar anualmente sobre un plano horizontal en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires y
2
sus alrededores (conocida como Área Metropolitana de Buenos Aires) sea de 1,57 MWh/m con una
incerteza de 6%.
Cabe consignar que la estación meteorológica ubicada junto a las instalaciones fotovoltaicas del
Centro Atómico Constituyentes (CAC) registró con su sensor fotovoltaico al cabo de un año
transcurrido entre el 29 de mayo de 2013 y el 28 de mayo de 2014 un valor medio diario de 16,0
2
2
MJ/m (equivalente a una energía solar acumulada de 1,62 MWh/m ), valor que difiere del promedio
propuesto en sólo 3% (Tamassi y Martínez Bogado, 2014).
Promedios mensuales
Si se pretende calcular los tiempos de convergencia a nivel mensual en San Miguel (aplicando las
condiciones de completitud antes mencionadas), pueden lograrse series temporales más extensas
(de 16 a 24 meses). Al analizar estadísticamente la posible existencia de tendencias temporales se
obtuvieron resultados diversos.
Frente a esto restan dos opciones: o se relaja la condición de ausencia de tendencia y se aplica de
todas maneras el método utilizado antes; o se calcula la simple anomalía entre valores sucesivos de
la serie temporal, perdiendo robustez.
Teniendo en cuenta entonces los valores calculados aún en aquellas series con tendencia
significativa al 5%, es posible afirmar que los tiempos de convergencia a nivel mensual para la
región en estudio (esto es, la Ciudad Autónoma de Buenos Aires y sus alrededores) varían entre 5 y
11 años si se aplica la metodología propuesta (ignorando las tendencias halladas en este trabajo).
Comparando con resultados anteriores, y dependiendo de la época del año y de la ubicación
geográfica de la estación, los tiempos de convergencia mensuales para la irradiación global medida
en Argentina pueden variar de 2 a 9 años, si bien el número de estaciones que se pudo analizar fue
reducido por la dificultad de completar series temporales que cumplieran las condiciones de
completitud exigidas (Grossi Gallegos et al., 2014).
En la Figura 2 y 3 se muestran como ejemplo la variación de la anomalía porcentual media de los
promedios mensuales de irradiación solar global diaria en San Miguel correspondientes a los meses
con tiempos de convergencia extremos (junio con 11 años y julio con 5) en función del número de
años agrupados. Debe llamarse la atención de que, en el caso de que se midiera un solo año, el
error esperable para el mes de junio debería considerarse del 26,7% (cota máxima hallada)
mientras que para julio sería de 21%.
Figura 2: Variación de la anomalía relativa porcentual media de los promedios mensuales de la
irradiación global diaria en San Miguel correspondientes a junio en función del número de años
agrupados, acompañadas por los valores máximos y mínimos (el tiempo de convergencia para este
mes resultó de 11 años, abscisa a partir de la cual la anomalía es inferior a 6%).
En base a estos resultados y a la longitud de las series de promedios mensuales consideradas, se
determinaron los valores correspondientes a cada mes, los que se consignan en la Tabla 1
2
expresados en kWh/m ; aparecen además los años promediados, que superan los tiempos de
convergencia necesarios para afirmar que no difieren de las medias climatológicas en más de 6%.
Figura 3: Variación de la anomalía relativa porcentual media de los promedios mensuales de la
irradiación global diaria en San Miguel correspondientes a julio en función del número de años
agrupados, acompañadas por los valores máximos y mínimos (el tiempo de convergencia para este
mes resultó de 5 años, abscisa a partir de la cual la anomalía es inferior a 6%).
MES
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
AÑOS
18
22
18
19
21
22
22
24
24
16
16
17
MEDIA
6,7
5,7
4,7
3,4
2,4
2,1
2,2
2,9
4,1
5,3
6,1
6,6
2
Tabla 1: Promedios mensuales de la energía solar recibida sobre un plano horizontal [kWh/m ] en el
Área Metropolitana de Buenos Aires (AMBA) determinados sobre los años que se consignan, los
que superan los tiempos de convergencia necesarios para afirmar que no difieren de las medias
climatológicas en más de 6%.
Debe destacarse que las medias mensuales calculadas sobre un número inferior de años pueden
presentar diferencias mucho mayores con la climatológica (del orden del 30%), dependiendo del
mes y del año.
Para el análisis de los datos, se utilizó Access para la administración y manejo de las bases de
datos, Excel para tablas, gráficos y estadística y Visual Basic para el procesamiento y manejo
matricial.
CONCLUSIONES
Teniendo en cuenta el elevado costo de instalar y mantener en operación una estación de medición,
el conocer la variabilidad del recurso se hace importante cuando hay que decidir cuánto tiempo
debe medirse en una localidad determinada para así poder calcular los presupuestos asociados.
Todo esto se agrava si se tratara de sistemas que generan por concentración de la radiación ya que
las medias anuales de la radiación solar directa convergen luego de 10-15 años.
Comparando con resultados anteriores, y dependiendo de la época del año y de la ubicación
geográfica de la estación, los tiempos de convergencia mensuales para la irradiación global medida
en Argentina pueden variar en general de 2 a 9 años. En el AMBA se determinaron tiempos de
convergencia que varían de 5 a 11 años.
El valor medio diario anual calculado en base a la serie de datos diarios de la estación San Miguel
(ubicada en el Área Metropolitana de Buenos Aires-AMBA), y que puede ser considerado válido en
toda la región en un radio de 50 km de la localidad (suponiendo un comportamiento homogéneo e
2
isotrópico de la radiación), resultó ser 15,5 MJ/m con un coeficiente de variabilidad temporal de
3,6%. La energía solar total a colectar en promedio anualmente sobre un plano horizontal será de
2
1,57 MWh/m con una incerteza de 6%.
Se proponen además los valores medios correspondientes a cada mes; como el número de años
promediados superan los tiempos de convergencia necesarios, puede afirmarse que no difieren de
las medias climatológicas en más de 6%.
REFERENCIAS
Grossi Gallegos H. (2012) Informe interno del Grupo de Trabajo 1 del PICTO-CIN 2010-0087
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doi:10.1029/2008JD011470.
6DOYDGRU*LO5REHUWR3ULHWR\/HLOD,DQQHOOL³Barreras para el Desarrollo de la
Energía Solar Térmica en Argentina - Amortización de los equipos solares
KtEULGRV´8niversidad Nacional de San Martín ECyT)
RESUMEN: El consumo de energía para calentamiento de agua sanitaria en Argentina equivale a cerca del
55% de las importaciones de gas. Estas importaciones tienen un importante impacto en las cuentas públicas y
la balanza comercial del país. Con las tecnologías actuales, usando equipos comerciales de calentamiento de
agua solares híbridos (solar-gas o solar-eléctrico), sería posible ahorrar cerca del 60% de esta energía en
Argentina. El objetivo de este trabajo es analizar las barreras que impiden el desarrollo de la energía solar
térmica en el país y las acciones que serían necesarias para superarlas, estimulando su uso y aprovechando su
potencialidad.
Palabras clave: Uso eficiente de la energía, energía solar térmica, calentamiento de agua sanitaria,
ahorro energético y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
INTRODUCCIÓN
El consumo de gas en Argentina se incrementa cerca del 3,3% anual. A esta tasa de crecimiento en los
próximos 20 años el consumo se duplicará. (1) (2) Desde hace algo más de una década, la producción local de
gas está disminuyendo, y dependemos en forma creciente de importaciones de gas, como se observa en la
Figura 1. El costo de estas importaciones tiene un impacto muy significativo en las cuentas públicas y en la
balanza comercial del país.
Inyección (Mill. m3/d)
120
Inyección
Nacional
100
Importación
80
Tendencia
polinómica
60
40
20
0
2008
2010
2012
Inyección Nac.
2014
1 Año
2016
2018
2020
2
Figura 1. Evolución de la producción nacional de gas natural y la importación. Usando un modelo polinómico de ajuste a
los datos, la importación igualaría a la producción nacional en 2 años, de persistir las tendencias actuales.
Asimismo, hay evidencias cada vez más claras de que el calentamiento global que está experimentando la
Tierra tiene causas antropogénicas. Se estima que el 60% de las emisiones de gases de efecto invernadero,
GEI, son consecuencia del uso de combustibles fósiles. (3) Por lo tanto, es prudente e imperioso que
disminuyamos nuestras emisiones de gases de efecto invernadero. Por otro lado, la necesidad de crecer
económicamente e incluir a vastos sectores sociales de menores recursos, es también una necesidad
insoslayable.
El uso racional y eficiente (URE) de la energía y el aprovechamiento de las energías renovables, en particular
de la energía solar, son claramente componentes importantes en la búsqueda de soluciones a los desafíos
energéticos del presente y del futuro. Esta es una tendencia mundial, y en cierto modo, el uso eficiente de la
energía y el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables, son dos caras de una misma moneda,
ya que se complementan muy adecuadamente. Una ventaja adicional de las energías renovables, como la
ƐŽůĂƌ͕ĞƐƋƵĞůĂŐĞŶĞƌĂĐŝſŶĚĞĞŶĞƌŐşĂƐĞƌĞĂůŝnjĂ͞ŝŶƐŝƚƵ͕͟ĞǀŝƚĂŶĚŽĂƐşƉĂƌƚĞĚĞůŽƐĞůĞǀĂĚŽƐĐŽƐƚŽƐĚĞ
transmisión y distribución de la energía, que consumen energía adicional y requieren de costosas
infraestructuras. El URE debe propender a lograr una mejor gestión de la energía y los recursos disponibles, a
la par de reducir inequidades, evitar el deterioro del medio ambiente y mejorar la competitividad de las
empresas relacionadas con la generación y administración de energía. Al disminuir las demandas energéticas,
los aportes de fuentes renovables comienzan a jugar un rol muy significativo, generándose un círculo
virtuoso. Por una parte se disminuyen las emisiones de GEI y por otra se genera un desafío tecnológico,
capaz de generar nuevos emprendimientos, empleo y desarrollo tecnológico.
En la Argentina, el gas natural constituye el componente principal de la matriz energética, aportando algo
más del 50% de la energía primaria del país. De todo el gas consumido, alrededor del 30% se distribuye a
través de redes a los usuarios residenciales, comerciales y entes oficiales.
En este trabajo nos proponemos analizar las barreras que inhiben el desarrollo de la energía solar térmica
para el calentamiento de agua en Argentina. Para ello, primero analizamos las características del consumo de
agua caliente sanitaria y su impacto en el consumo de gas. Seguidamente, discutimos alguna de las barreras,
en particular analizamos los tiempos de amortización de los equipos solares, en distintos escenarios de costo
de gas y de los equipos.
Ȉ
Consumo de gas en edificios y viviendas
Del análisis del consumo de gas natural en la Argentina, (2), (4) surge que el consumo específico de los
usuarios residenciales, es decir, el consumo diario por usuario o vivienda, tiene un comportamiento muy
regular en casi todo el país. El término usuario se refiere a la vivienda conectada a la red. Según el INDEC, (5)
el número de personas por vivienda, de condición media, es de 3,5 personas o habitantes. Este es el sector
social que usualmente dispone de conexión a redes de gas natural. En la ¡Error! No se encuentra el origen
de la referencia. se muestra la variación de este consumo como función de la temperatura media diaria
para la mayoría de las ciudades del país. Esta figura es representativa de prácticamente todas las regiones
estudiadas, excepto la zona sur de Argentina. (2) Se observa que los consumos específicos residenciales (R)
tienen dependencia muy regular con la temperatura. Este comportamiento se ha mantenido prácticamente
invariante a lo largo de los últimos 20 años e independiente del contexto económico.
12
Consumo específico R
[m3/d]
10
Consumo Base
8
Consumo R
6
Calefacción § 51%
4
2
&RQVXPREDVH§
0
-
5
10
15
20
Temperatura media mensual [°C]
25
30
Figura 2. Variación de los consumos específicos R (residencial, círculos). La línea de trazos cortos es una extrapolación del
consumo base y muestra su dependencia con la temperatura. Los consumos específicos que se grafican son los
promedios diarios de cada mes, como función de la temperatura media mensual. La línea de trazos cortos indica cómo
varía el consumo base con la temperatura. El área entre esta recta y la curva de trazos gruesos, indica el consumo
asociado con la calefacción. Los datos corresponden a todo el país, exceptuando su zona sur. Los consumos están
3
expresados en m /día de gas natural y por usuario o vivienda.
A altas temperaturas medias, mayores a unos 20ºC aproximadamente, el consumo de gas es casi constante,
con una leve pendiente. Este consumo está asociado al calentamiento de agua y cocción. A esta componente
del consumo residencial, lo denominaremos consumo base. A medida que baja la temperatura, los usuarios
comienzan a encender la calefacción. Una vez que toda la calefacción disponible está encendida, el consumo
de nuevo se estabiliza a un valor de saturación.
Un modo de estimar el consumo base de gas natural, consiste en suponer que éste coincide con el consumo
residencial durante los meses de verano o equivalentemente cuando la temperatura es superior a 20°C. De
hecho, si a los datos de consumo, para T>20°C, ajustamos una recta, obtenemos la línea de trazos que se
ilustra en la Figura 2 y que representa el consumo base a distintas temperaturas. El consumo base tiene una
pendiente negativa debido a que en los meses de invierno, al partir de una temperatura menor, se requiere
más energía para calentar un volumen de agua dado desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de
confort. La componente del consumo R asociada a la calefacción, se obtiene de la diferencia entre el
consumo real y la línea de consumo base. A medida que las temperaturas descienden, este consumo
aumenta. En particular, el consumo para calefacción aumenta rápidamente para temperaturas inferiores a
18ºC.
Como se indicó más arriba, el consumo base residencial (por usuario) viene dado por la línea de puntos de la
Figura 2, que se puede expresar como:
QeBsa ps(eT)= 2, 25 0, 034˜ T (qC)
>m
3
@
/ dí a
La pendiente de esta recta implica que si la temperatura ambiente descendiese 10°C, se incrementaría el
3
consumo base en unos 0,34 m /día, equivalentes a 3162 kcal/día. Esta energía, suponiendo una eficiencia del
65%, podría calentar una masa de agua de unos 206 l/día con un salto de temperatura de 'T=10ºC. Este dato
(1)
nos permite estimar el requerimiento de agua caliente sanitaria (ACS) por usuario: si suponemos que
aproximadamente una masa de 20 l se usa para cocción, obtenemos una estimación de aproximadamente
186 l/día de agua caliente. Suponiendo 3,3 personas por vivienda, obtenemos un requerimiento de agua
caliente de unos 60 l/día por persona. Desde luego, este es un valor nominal de consumo de ACS. En Europa
se considera que 50 l/día por persona es un valor que se adecua muy bien para satisfacer las necesidades
básicas de ACS. En el diseño de viviendas se utiliza una cifra de consumo entre 50 y 100 l/día por persona. De
este modo, adoptamos como consumo nominal de agua en Argentina, unos 60 l/día y por persona, que
refleja el comportamiento actual, aunque quizás sería deseable (y posible) un consumo menor. De hecho en
la Comunidad Europea, se recomienda un consumo entre 50 l/día/persona. (6)
Un volumen de 200 l/día de ACS es consistente con un uso de 6 l/min durante unos 33 minutos. Este
consumo se corresponde, en promedio, con unas 3 duchas por día de 7 min cada una y unos 12 minutos de
lavado de platos, manos, etc.
Según la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., el consumo específico de gas por usuario es en
promedio de 2 m3/día. De este consumo, 0,5 m3/día se emplea en los pilotos y otro 0,5 m3/día corresponde a
cocción. Por lo tanto, el volumen medio usado por los usuarios residenciales en el calentamiento de agua es de
1,5 m3/día.El número de usuarios residenciales conectados a la red de gas natural es de unos 7,5 millones. (7)
Si a este número agregamos los usuarios de gas licuado del petróleo (GLP), no conectado a red (3,5 millones),
el número total de usuarios de gas o combustible equivalente es de unos 11 millones. De este modo el consumo
asociado al calentamiento de agua en Argentina, es de aproximadamente 16,5 millones de m3/día de gas
equivalente, es decir de gas natural y GLP combinado.
Consumo Base de usuarios comerciales y entes oficiales
Si se considera la energía usada en el calentamiento de agua para usuarios comerciales y entes oficiales,
3
como se ve en la Figura 3, su consumo base es de aproximadamente 8 m /día, y corresponde a unos 750 mil
3
usuarios. (8) Si la mitad de este consumo base se usa en calentar agua, o sea 4 m /día, resulta en un
3
consumo diario de calentamiento de agua para este sector de unos 3 millones de m /día.
De este modo, podemos estimar el consumo total del país destinado al calentamiento de agua en
3
3
aproximadamente 19,5 millones de m /día equivalentes, y unos 14,25 millones de m /día de gas natural.
Este volumen de gas equivale al 57% de las importaciones de gas en Argentina. Nótese que esta es una
estimación conservadora, no estamos incluyendo el GLP usado por los usuarios comerciales ni entes oficiales.
Consumo específico C+EO
[m3/d]
Zona Central y Norte de Argentina 1993-2014
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Consumo C+EO
-
5
10
15
20
Temperatura efectiva media mensual [°C]
25
30
Figura 3. Variación de los consumos específicos comerciales (C) y de entes oficiales (EO) como función de la temperatura
3
media mensual. La línea de trazos cortos indica el consumo base cuyo valor es de 8 m /d. Suponemos que la mitad de
este consumo está asociado al calentamiento de agua.
Ȉ
Energía Solar en Argentina
džŝƐƚĞŶŶƵŵĞƌŽƐŽƐĞƐƚƵĚŝŽƐĚĞůĂƉŽƚĞŶĐŝĂůŝĚĂĚĚĞůĂĞŶĞƌŐşĂƐŽůĂƌĞŶƌŐĞŶƚŝŶĂ͕ĞŶƉĂƌƚŝĐƵůĂƌ͕Ğů͞ƚůĂƐĚĞ
ŶĞƌŐşĂ^ŽůĂƌĚĞůĂZĞƉƷďůŝĐĂƌŐĞŶƚŝŶĂ͕͟ĞůĂďŽƌĂĚŽƉŽƌĞů'ƌƵƉŽĚĞƐƚƵĚŝŽƐĚĞůĂZĂĚŝĂĐŝſŶ^ŽůĂƌ;'Z^ŽůĂƌͿ
de la Universidad Nacional de Luján, es uno de los más completos. (9) En la Figura 4 se muestra la distribución
espacial promedio, de la irradiación solar diaria sobre un plano horizontal, para dos meses del año.
Figura 4. Distribución espacial promedio, de la irradiación solar diaria sobre un plano horizontal, para dos meses del año,
enero y septiembre. (9) Enero es representativo de los valores máximos de irradiación y setiembre de los valores medios.
2
En casi todo el territorio argentino, 4 kWh/m es un valor representativo del promedio, aunque en el norte los valores de
irradiación son considerablemente mayores.
2
Con un colector solar de 3,5 m de área, la energía solar que llegaría al mismo sería de unos 15,7 Kwh por día,
3
2
equivalente a 1,5 m de gas natural por día. En otras palabras, en solo 3,5 m , el Sol aporta tanto gas como el
requerido para calentar toda el agua sanitaria que usamos. Esto sería estrictamente válido si la eficiencia del
colector solar fuese 1 (100%). En general esto no es así, pero si la eficiencia fuese del orden del 70%, un
incremento proporcional en el área del panel podría compensar el efecto de una eficiencia no ideal.
Un sistema híbrido que aprovechara la energía solar para calentar agua, supondría un ahorro energético que
puede evaluarse conociendo su eficiencia. La eficiencia de los sistemas híbridos puede estimarse mediante
distintas aproximaciones. En una colaboración entre ENARGAS-UNSAM-UNLu, se optó por medir el ahorro
comparando el consumo de sistemas convencionales e híbridos (sol-gas y sol-electricidad). (10) En promedio
en un clima como el que predomina en Argentina, cálculos preliminares indican que con colectores solares de
2
aproximadamente 3,5 m , se podría cubrir el 65% de la demanda de agua caliente sanitaria, de un usuario
residencial promedio. Por lo tanto, si un 35% de los usuarios adoptaran esta tecnología para el
calentamiento de agua, es decir unos 3,85 millones de usuarios, el ahorro de gas equivalente resultaría entre
3
3,5 a 4 millones de m /día. A un costo marginal de 15 U$S/Millón BTU, un ahorro de esta magnitud equivale a
unos 700 Millones de U$S/año.
Por otra parte, si suponemos un costo por equipo de unos 1400 U$S, 700 Millones de U$S equivalen a 500
000 unidades al año, o sea que en 7,7 años, se reemplazaría el total de los 3,85 millones de unidades, y
durante el resto de su vida útil (15 años aproximadamente) se obtendría un ahorro de gas importado.
Además, se podría estimular un importante desarrollo de la industria nacional que produciría estos equipos
con la consecuente generación de empleos.
El precio del GNL en Argentina, en los últimos años, rondó los 17 U$S/Millón de BTU. Estos precios varían en
el tiempo y con el tipo de contrato que se realiza entre las partes. En Argentina podríamos hacer una
hipótesis optimista y suponer como valor medio el costo del GNL en unos 15 U$S/Millón de BTU. Esto
3
equivale a un costo del GNL de aproximadamente 0,52 U$S/m . En 10 años, el ahorro de gas natural por
3
3
usuario, sería de 1m x3650=3650 m para el calentamiento de agua sanitaria. El costo de este volumen de gas
sería del orden de 1920 U$S aproximadamente, ahorro que podría cubrir el costo actual del equipo.
Los equipos híbridos sol-gas o sol-electricidad en Argentina tienen costos que oscilan entre 1 000 y 2 000 U$S,
pero es previsible que al aumentar la demanda de los mismos, dichos valores puedan reducirse
considerablemente. Producir en el país este tipo de equipos, generaría como valor agregado, trabajo y
empleo. Simultáneamente esta alternativa reduciría considerablemente nuestras emisiones de GEI. Por lo
tanto, creemos que el esfuerzo de evaluar la posibilidad planteada en este proyecto, está bien justificado.
Barreras al desarrollo la energía solar térmica para calentamiento de agua.
Las ventajas de utilizar la energía solar térmica para el calentamiento de agua, parecerían ser muy
adecuadas en un país como Argentina. Sin embargo, su desarrollo hasta el presente es muy
modesto. Según la CAFAGAS (Cámara de Fabricantes de Artefactos de Gas de Argentina) en 2012 se
produjeron en el país cerca de 700 mil equipos de calentamiento de agua (calefones y
termotanques), mientras la producción de equipos solares es del orden de mil. (11)
Varios trabajos analizan el problema de las barreras al desarrollo de la energía solar térmica para el
calentamiento de agua en América Latina. (12) En este trabajo analizaremos algunas de ellas para el
caso de Argentina:
9
Carencia de un marco institucional y legal, carencia de un ente nacional de promoción y regulación
de la energía solar.
9
Carencia de normativas a nivel nacional que establezcan requerimientos de eficiencia, integridad
física y calidad de los productos.
9
El costo inicial de inversión de los sistemas solares térmicos es relativamente alto en comparación
con los sistemas de calentamiento de agua convencionales. Poco desarrollo del mercado - en
comparación con el gran potencial existente.
9
Falta de incentivos económicos y financieros tales como deducción de impuestos, reducción de
aranceles, subsidios y créditos, entre otros.
9
Existencia de incentivos dirigidos hacia los combustibles fósiles, principalmente subsidios al gas.
Marco institucional y legal: En el caso del gas, existe un organismo oficial nacional de regulación del sector:
ENARGAS. Recogiendo la experiencia anterior de Gas del Estado, tiene la capacidad de dictar normas de
carácter obligatorio que todos los equipos a gas deben cumplir y que además fiscaliza su cumplimiento.
Sin embargo, en el caso de la energía solar no existe ningún organismo público que promueva y regule
esta actividad a nivel nacional. A nivel institucional, solo se cuenta con normas IRAM, que son de
adopción optativa.
De este modo, un usuario de un equipo convencional a gas, en buena medida, como consecuencia de las
normas de seguridad, integridad física, eficiencia, etc. que estos equipos deben cumplir obligatoriamente
en Argentina, tiene cierta seguridad de que el artefacto que adquiere va a tener una prestación libre de
dificultades, y garantía de los fabricantes, por varios años. Además, al ser el mercado de los
convencionales maduro, los servicios de instalación y reparación, están disponibles en buena parte de
todo el territorio nacional.
Estas condiciones no se pueden dar por sentadas en el caso de los equipos solares. Hay buenos fabricantes,
pero también otros con menos experiencia y aún equipos de poca calidad. Esta vez el usuario es el que
debe asumir todos los riesgos.
Asimismo se hace necesario invitar a las universidades, municipios, etc. a discutir un régimen de derecho al
uso del Sol. Esto daría seguridad a los usuarios de las zonas urbanas que una nueva construcción o un
árbol en las zonas linderas no impida en un futuro el uso de equipos solares en una vivienda.
Desarrollo del mercado: El mercado de los equipos solares está en un estado de poco desarrollo. Los
usuarios no tienen marcas con tradición ni el nivel de referencias que se pueden encontrar en los
equipos convencionales. Los servicios de instalación y reparación no siempre están cerca ni disponibles.
Esto implica un nivel de incerteza muy alto a la hora de optar por esta tecnología. Un usuario común
deberá tomar una decisión sobre una tecnología que no conoce y sobre la que hay muchas opciones. Por
ejemplo, el usuario deberá optar por equipos de paneles planos o tubos de vacío, también deberá optar
entre sistemas de calentamiento directo o indirecto, y así sucesivamente. Dada la poca experiencia que
él y sus vecinos tienen en estas tecnologías, la tentación de elegir lo viejo conocido es muy alta.
Costo inicial de inversión: Los costos de los equipos solares híbridos en la actualidad son muy altos respecto
de los convencionales. Si se toman equipos de mayor tradición en el mercado, para un consumo medio
de unos 200 l/día, el costo de un buen equipo está en el orden de los 2000 U$S. En el ejercicio que
proponemos en este trabajo suponemos que su costo es de 1500 U$S. En general existen pocos planes
de financiación. Un equipo convencional a gas de buena marca incluyendo la instalación cuesta unos 400
U$S en el mercado local y en general cuenta con al menos 12 cuotas de financiación. Otro elemento
necesario para poder comparar los tiempos de amortización es el costo del gas. Para ello proponemos los
siguientes escenarios, que se muestran en la Tabla 1.
Costo de gas
Escenario 1
Escenario 2
Escenario 3
Escenario 4
Escenario 5
Escenario 6
$/m3 (GN)
U$S/Millón BTU
0,35
1,75
3,5
5,25
6,65
8,5
1,05
5
10
15
19
25
Tabla 1. Costo del gas al usuario residencial. Suponiendo una conversión de 1 U$S= 9 $, la tercera columna
indica el costo del gas en U$S/millón de BTU. El costo marginal del gas importado es en 2014 del orden de los 15
U$S/millón de BTU. Por su parte, en el escenario 1, el costo del gas es similar al que paga un usuario promedio
R23 en la zona central de Argentina. Suponemos que el consumo de gas por año es el de un usuario medio, es
3
decir de unos 500 m /año.
Con los costos de los equipos indicados anteriormente, 1500 U$S para los solares híbridos
con un nivel de ahorro del 65% y 400 U$S para los convencionales, en los tres escenarios tenemos
los resultados que se indican en las Figuras 5, 6, 7, y 8. En todos los casos suponemos una tasa de
retorno del 5% para reducir los costos a valores del presente.
3
En el caso en que el costo del gas sea de 1 U$S/millón de BTU que es equivalente a 0,35$/m ; éste
es un costo de gas similar al que paga un usuario promedio R23 en la zona central de Argentina
después de los ajustes ocurridos en 2014. En este caso, como se observa en la Figura 5, el costo de
los equipos no se amortiza en 15 años. De la Figura 6, se observa que si el costo del gas se
incrementara 5 veces respecto de su valor actual, todavía los equipos no se amortizan en 15 años.
Para que un equipo híbrido de 1500 U$S se amortice en menos de 15 años, se requiere que el costo
del gas sea unas diez veces el valor actual, o sea del orden de los 10 U$S/millón de BTU, como se
ilustra en la Figura 7.
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Equipo Híbrido
Costo U$S
Costo ( U$S)
Costo en 15 años
Convencional
Equipo Hibrido
Equipo convencional
0
1
2
3
4
5
6
7 8
años
9
Híbrido
2.000
1.800
1.600
1.400
1.200
1.000
800
600
400
200
0
GAS
Híbrido
10 11 12 13 14 15
Convencional
Tipo equipo
Figura 5. Escenario 1. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 1 U$S/millón de BTU. En este caso el costo
del equipo híbrido no se amortiza en 15 años. A la derecha se indican los costos totales, reducidos a valores
presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y convencionales. La parte inferior de las barras (en
celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en amarillo) indica el costo del combustible.
En las Figuras 7, 8 y 9 se indica la evolución del costo de los equipos híbridos, con una financiación de
tres años, con un costo de financiación del 5% anual en dólares. Esta financiación pretende equiparar
los costos de los equipos híbridos con los convencionales al momento de la compra. Desde luego,
esta ingeniería financiera puede modificarse y mejorarse considerablemente. Los resultados
indicados en estas figuras sirven para tener un modo comparativo de visualizar estas distintas
alternativas y escenarios.
Equipo Híbrido
Costo U$S
Costo ( U$S)
Costo en 15 años
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Equipo convencional
Equipo Hibrido
Convencional
Híbrido
0
1
2
3
4
5
6
7 8
años
9
10 11 12 13 14 15
2.000
1.800
1.600
1.400
1.200
1.000
800
600
400
200
0
GAS
Híbrido
Convencional
Tipo equipo
Figura 6. Escenario 2. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 5 U$S/millón de BTU. En este caso el costo
del equipo híbrido no se amortiza en 15 años. A la derecha se indican los costos totales, reducidos a valores
presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y convencionales. La parte inferior de las barras (en
celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en amarillo) indica el costo del combustible.
Del análisis de estos ejemplos surge de modo claro, que la introducción de los sistemas solares
híbridos para el calentamiento de agua, tiene más ventajas para el país, o el sistema energético, que
importa el gas a 15 U$S/millón de BTU que para los usuarios que pagan una tarifa
considerablemente menor. Por lo tanto, en lo que hace a los usuarios de gas natural, la introducción
de esta tecnología sólo será atractiva si se dispone de un considerable apoyo estatal en forma de
subsidio u otros estímulos impositivos para estimular su desarrollo. La razón es que los usuarios
residenciales y comerciales no pagan el precio marginal del gas, 15 U$S/millón de BTU, sino uno
intermedio entre los costos de gas nacional y el importado. Este costo es difícil que en el mediano
plazo supere los 8 U$S/millón de BTU.
Costo en 15 años
4.500
4.500
4.000
4.000
Equipo Híbrido sin
financiación
3.000
3.500
3.000
Costo U$S
Costo ( U$S)
3.500
Equipo Híbrido
financiado
2.500
2.000
1.500
500
Equipo convencional
2
4
6
8
10
años
12
14
16
18
1.500
GAS
GAS
500
0
0
0
2.000
1.000
Convencional
Híbrido
Hibr.Finan
1.000
2.500
Híbrido
20
Convencional
Tipo equipo
Figura 7. Escenario 3. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 10 U$S/millón de BTU. En este caso el
costo del equipo híbrido se amortiza en 13 años. También se muestra el costo de los equipos híbridos con una
financiación de tres años a una tasa de 5% en dólares. A la derecha se indican los costos totales, reducidos a
valores presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y convencionales. La parte inferior de las barras
(en celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en amarillo) indica el costo del combustible.
Costo en 15 años
5.000
Equipo Híbrido
financiado
Equipo Híbrido sin
financiación
5.000
4.000
Costo U$S
Costo ( U$S)
4.000
3.000
2.000
1.000
Convencional
Híbrido
Hibr.Finan
Equipo convencional
3.000
GAS
2.000
GAS
1.000
0
0
0
2
4
6
8
10
años
12
14
16
18
20
Híbrido
Convencional
Tipo equipo
Figura 8 Escenario 4. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 15 U$S/millón de BTU. En este caso el
mayor costo del equipo híbrido se amortiza en 7,5 años. También se muestra el costo de los equipos híbridos
con una financiación de tres años a una tasa de 5% en dólares. A la derecha se indican los costos totales,
reducidos a valores presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y convencionales. La parte inferior de
las barras (en celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en amarillo) indica el costo del combustible.
En el caso de usuarios de gas licuado (GLP), la situación es totalmente diferente. El GLP sin subsidio,
que es el que pagan una buena fracción de los usuarios de este insumo, unos $450 por tubo de 45
kg, equivale a unos 25 U$S/millón de BTU. En este caso los equipos híbridos se amortizan en 4 años
y se observa en el costo de equipo más combustible, al cabo de 15 años un ahorro muy significativo,
2 mil U$S. Esta situación se describe en la Figura 10.
Costo en 15 años
5.000
Equipo Híbrido
financiado
Equipo Híbrido sin
financiación
5.000
4.000
Costo U$S
Costo ( U$S)
4.000
3.000
2.000
1.000
Convencional
Híbrido
Hibr.Finan
Equipo convencional
3.000
GAS
2.000
GAS
1.000
0
0
0
2
4
6
8
10
años
12
14
16
18
Híbrido
20
Convencional
Tipo equipo
Figura 9. Escenario 5. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 19 U$S/millón de BTU y con un equipo
híbrido de 1500 U$S. En este caso el mayor costo del equipo híbrido se amortiza en 6 años. También se muestra
el costo de los equipos híbridos con una financiación de tres años a una tasa de 5% en dólares. A la derecha se
indican los costos totales, reducidos a valores presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y
convencionales. La parte inferior de las barras (en celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en
amarillo) indica el costo del combustible.
Costo en 15 años
5.000
Equipo Híbrido sin
financiación
Equipo Híbrido
financiado
Costo ( U$S)
4.000
4.000
Costo U$S
5.000
3.000
Convencional
Híbrido
Hibr.Finan
2.000
1.000
Equipo convencional
3.000
GAS
2.000
GAS
1.000
0
0
0
2
4
6
8
10
años
12
14
16
18
20
Híbrido
Convencional
Tipo equipo
Figura 10. Escenario 6. Izquierda, variación de los costos totales, equipo y abastecimiento de gas para los dos
equipos, convencional a gas y solar híbrido (solar-gas). Costo del gas 25 U$S/millón de BTU y con un equipo
híbrido de 1500 U$S. En este caso el mayor costo del equipo híbrido se amortiza en 4 años. También se muestra
el costo de los equipos híbridos con una financiación de tres años a una tasa de 5% en dólares. A la derecha se
indican los costos totales, reducidos a valores presentes, al cabo de 15 años, de los equipos híbridos y
convencionales. La parte inferior de las barras (en celeste) indica el costo del equipo y la parte superior (en
amarillo) indica el costo del combustible.
Falta de incentivos económicos, financieros y subsidios: Por lo discutido más arriba, se observa que
solo en el caso de los usuarios de GLP en Argentina, es posible que el mercado por si solo impulse el
desarrollo de la energía solar térmica para el calentamiento de agua sanitaria. En el caso de los
usuarios de gas natural se requiere de incentivos económicos y financieros a la par de algunos
subsidios a la adquisición de equipos solares híbridos. La razón de por qué el país o el gobierno
debería impulsarlos, es que a nivel nacional al ahorrar gas importado, se beneficia el sistema, ya que
a un costo superior a los 10 U$S/millón de BTU, ver escenario 3, Figura 7, al cabo de 15 años hay un
beneficio económico neto. Además, se tiende a equilibrar la balanza comercial a la par de estimular
un importante desarrollo industrial nacional con creación de empleo.
Subsidios al gas: Por lo discutido más arriba, resulta claro que sería mucho más beneficioso para el país
en general y para el sistema energético nacional, subsidiar la eficiencia y el desarrollo de la energía
solar térmica en lugar de subsidiar al gas. El subsidio al gas, inhibe cualquier desarrollo de otras
alternativas energéticas, no estimula la producción local e incita a un uso no racional del gas, como
el que se observa en el sur de Argentina. (13) (14) Por lo tanto, siguiendo la política desarrollada en
muchos países de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos), es
preferible subsidiar la eficiencia y las energías renovables en lugar del consumo.
Conclusiones
Nuestras estimaciones preliminares sugieren que el ahorro de gas, utilizando equipos híbridos, sol-gas,
podrían aportar ahorros del orden del 60 al 70% del consumo de gas utilizado en el calentamiento de agua
sanitaria. De esto resulta, que a un costo de 15 U$S/MMBTU de GNL, en 10 años se obtendría un ahorro por
usuario de unos 1920 U$S al precio de gas importado. Este monto cubriría el costo de los equipos híbridos.
Las implicancias económicas de disminuir las importaciones de gas son importantes, habida cuenta que el
consumo de gas destinado al calentamiento de agua en Argentina equivale al 57% del gas importado.
Tanto por razones económicas como medioambientales, creemos que es preferible subsidiar la
eficiencia y las energías renovables en lugar del consumo. El subsidio al gas, inhibe cualquier
desarrollo de otras alternativas energéticas, no estimula la producción local e incita a un uso no
racional del gas como el que se observa en el sur de Argentina.
Por lo tanto, resulta altamente atractivo estimular el desarrollo de esta tecnología en el país. La fabricación
de estos equipos localmente generaría valor agregado y empleo. Así también, esta alternativa reduciría
considerablemente nuestra dependencia de gas importado y disminuiría nuestras emisiones de GEI. En el
caso de los usuarios de GLP la inversión en equipos solares híbridos se amortiza en unos 4 años y al cabo de
15 años hay un beneficio económico neto para los usuarios. En este caso las condiciones de mercado ya
permiten un desarrollo de esta tecnología. Sin embargo en el caso de los usuarios de gas natural, es necesaria
la introducción de estímulos económicos y financieros para el desarrollo de esta tecnología.
Un aspecto clave para reducir las barreras al desarrollo de la energía solar térmica, es el desarrollo de normas
técnicas de seguridad, integridad física, eficiencia, calidad, etc. que estos equipos deben cumplir
obligatoriamente en todo el territorio nacional al igual que la implementación de un organismo con autoridad
de aplicación, regulación y promoción de la energía solar en Argentina que sería conveniente que abarcara el
aspecto de eficiencia energética como los creados en otros países de la región como Chile, México y Brasil.
Asimismo es necesaria una reglamentación que avance en los temas de uso del sol en las zonas urbanas.
Referencias
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www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/index.html del DOE. [En línea]
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Petrotecnia (Revista del Instituto Argentino del Petróleo y del Gas), págs. 80-84. ISSN 0031-6598.
3. IPCC. International Pannel on : Climate Change. Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation.
http://www.ipcc.ch/. [En línea] 2011.
4. Proyección de demanda de gas para mediano y largo plazo. Gil, Salvador. Octubre de 2007, Pretrotecnia (Revista del
Instituto Argentino del Petróleo y del Gas), Vol. XLVIII, págs. 86-100.
5. INDEC. Instituto Nacional de Estadísticas y Censos. Vivienda, hogares y hábitat. http://www.indec.gov.ar. [En línea]
6. Consumo e agua en el mundo. http://teleobjetivo.org/blog/consumo-mundial-de-agua.html. [En línea]
7. ENARGAS. Ente Nacional Regulador del Gas. www.enargas.gov.ar. [En línea] 2014. www.enargas.gov.ar.
8. Consumo de agua en la Ciudad de Buenos Aires- Gobierno Ciudad Autónoma e Buenos Aires.
http://www.buenosaires.edu.ar/areas/educacion/recursos/medio_ambiente/consumo.php?menu_id=31056. [En línea]
2013.
9. Atlas de energía solar de la República Argentina. Grossi Gallegos, H. y Righini., R. Buenos Aires : s.n., Mayo de 2007,
Publicado por la Universidad Nacional de Luján y la Secretaría de Ciencia y Tecnología. ISBN 978-987-9285-36-7.
10. Aprovechamiento de la energía solar en la Argentina. Lanson, A. y Et., Al. Feb. 2014, 2014, Petrotécnia (Revista del
IAPG), Vol. LV, págs. 62-70.
11. Colectores solares para agua. Placco, C., Saravia, L. y Cadena, C. Salta : INENCO , 2008, Vols.
http://www.inti.gob.ar/e-renova/pdf/colectores_solares_aguacaliente.pdf.
12. OLADE. Barreras para el desarrollo del mercado de la energía solar para calentamiento de agua en América Latina y el
Caribe. 2010. http://biblioteca.olade.org/iah/fulltext/Bjmbr/v32_2/old0221.pdf.
13. ¿Cómo se distribuye el consumo residencial de gas? Modos de promover un uso más eficiente del gas. Gil, S. y Prieto,
R. 6, Bs.As. : s.n., Dic. de 2013, Petrotecnia, Vol. LIV, págs. 81-92.
14. Eficiencia en el uso del gas natural en viviendas unifamiliares de la ciudad de Bariloche. González , A. D. , Crivelli , E. y
Gortari, S. 2006, Instituto Argentino del Petróleo y del Gas, Vol. 10.
Lorena Troncoso Valencia, Rodrigo García Alvarado, Peter Lund y Paulina
:HJHUWVHGHU 0DUWtQH] ³Mapas solares, como medio de divulgación de
VLVWHPDVGHHQHUJtDVRODUGRPpVWLFD´Universidad del Bío- Bío)
MAPAS SOLARES, COMO MEDIO DE DIVULGACION DE SISTEMAS DE
ENERGIA SOLAR DOMESTICA
Resumen:
La búsqueda de ciudades sustentables requiere un compromiso que incluye a todos los actores de
una sociedad, pero a menudo la población carece de información y herramientas necesarias para
contribuir a esta causa. La mayoría de los países en vías de desarrollo sufren atraso alarmante en
el conocimiento y aprovechamiento de sus propios recursos naturales energéticos como el sol,
desaprovechando su alto potencial energético disponible. El presente estudio analiza una de las
nuevas formas en que entidades gubernamentales, privadas y centros de investigación, se han
unido para promover el uso de energías renovables a escala doméstica. Donde a través de mapas
urbanos se indica la disponibilidad de potencial solar y capacidad de generación energética
(calórica y térmica) que poseen las cubiertas de las edificaciones. Se realizó un catastro a nivel
mundial
vía internet de los
mapas solares urbanos gratuitos, enlazadas a páginas
gubernamentales o municipales. Destacan ciudades de Estados Unidos como Boston, Los Ángeles,
Berkeley, San Diego y ciudades Alemanas como Emden, Allgäu, Bremen. La finalidad de estos
mapas es aumentar el conocimiento básico sobre energía solar en los residentes, promoviendo un
desarrollo urbano sustentable a través de la expansión de la tecnología solar a nivel local.
Mostrando por cubierta datos de idoneidad solar, potenciales ahorros, energía generada, costos y
retornos de inversión. El objetivo de este estudio es determinar a partir del estado del arte de
mapas solares, los criterios y variables que pudiesen ser utilizables para la creación de mapas
solares online, en ciudades con menores recursos pero con altos potenciales energéticos. A partir
de este catastro se compararon las metodologías existentes, las herramientas utilizadas para la
evaluación del potencial solar, las variables consideradas para implementar sistemas de
generación energética y finalmente la visualización gráfica de las plataformas que llega a los
usuarios . Se concluye que una de las grandes limitantes para estimar la irradiación solar sobre el
techo son los instrumentos necesarios para obtener datos de levantamiento tridimensional, ya que
estos requieren un elevado nivel de procesamiento y recursos. Sin embargo existen otras
metodologías más simples y alcanzables, con herramientas 2D asociadas a tipologías de
edificación, permiten estimar supuestos que se extrapolan al resto de la ciudad. Como resultado de
mapas solares existen dos grandes líneas: uno en el cual se hacen los análisis suponiendo que los
techos son planos y el otro que contempla los ángulos, orientación de la cubierta y obstrucciones
propias, en el cual se identifica la posición adecuada para la instalación de sistemas de captación
solar.
Palabras clave: Mapa solar, Capitación solar, Potencial solar, Energía solar Domestica, Catastro
solar urbano.
1- INTRODUCCION
En países en vías de desarrollo como Chile, la implementación de sistemas de captación solar,
tiene altas limitantes como: alto costo inicial de los sistemas solares, altos periodos de recuperación
per cápita para vivienda, desconocimiento de la tecnología, desconfianza por malas experiencias,
falta de formación de técnicos, falta de certificación de equipos y exigencia de estándares mínimos,
alta variabilidad en cuanto a calidad, prestaciones sumado al desconocimiento y la deficiente
información para los usuarios (Ministerio de energía). El planeamiento de un real aporte a ciudades
sustentables debe ir de la mano de todos los componentes que forman la ciudad, por lo que es
importante informar y educar a la población.
La sostenibilidad urbana en torno a la eficiencia energética del espacio construido a generado
numerosos estudios con nuevos enfoques metodológicos y herramientas de evaluación para
planificar escenarios a largo plazo, interviniendo la ciudad de una manera más eficiente
(Theodoridou, Karteris, Mallinis, Papadopoulos, & Hegger, 2012), considerando la importancia del
poder colectivo a la hora de hacer grandes cambios a escala de ciudad y sabiendo además que la
energía solar es considerada la fuente de energía renovable más importante e inagotable que
existe, que es capaz de contribuir a la seguridad del abastecimiento energético en el futuro y
mitigar el calentamiento global (Yue & Huang, 2011) . Por estos es necesario a nivel local estudiar
la futura implementación de este suministro energético, considerando e informando también la
población que la habita como principal protagonista de este cambio. Una de las maneras en que
entidades gubernamentales, privadas y centros de investigación han unido esfuerzos para informar
a los residentes es a través de mapas solares. Estos son plataformas online interactivas y
gratuitos que
muestran la evaluación el potencial solar que captan los cubiertas (escala
arquitectónica) de una determinada área urbana (Agugiaro et al., 2012). Algunos mapas, entregan
por separado el potencial eléctrico del potencial térmico mientras que otros estudian únicamente le
potencial eléctrico. Estas plataformas se ha convertido en un valioso recurso para los municipios
para promover y educar(Dean, Kandt, Burman, Lisell, & Helm, 2009) a la población a la hora de
tomar decisiones para la generación de energía renovable a escala doméstica. El mantener a los
residentes informados genera una serie de consecuencias positivas, aumenta la conciencia
ambiental, se incrementan las políticas entorno a la energía sostenible, mejora la imagen de la
ciudad, aumenta la calidad de vida de las personas y se reducen las emisiones de gases de efecto
invernadero.
2- MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Catastro mundial de mapas solares
Se realizó un catastro de mapas solares vía internet. La condición básica de búsqueda fue que
indicara la disponibilidad del potencial solar sobre techos en áreas urbana. La Figura 6 muestra la
posición en el mundo de los mapas catastrados, se observa que la mayor cantidad de mapas están
en Estados Unidos, Alemania, España, algunos en estudio en India y Chile. Los mapas no coinciden
con países que poseen mayor niveles de radiación, sino que con países que cuentan con
regulaciones referidos a sistemas de generación energética distribuida. Los Estados incentivan con
subsidios para la instalación de sistemas fotovoltaicos o térmicos.
Figura 6: Catastro de mapas solares online sobre mapamundi de irradiación global horizontal (SOLAR-GIS).
Se identificaron mapas web interactivos en 12 ciudades alemanas: Emden, Paderborn, Allgaeu,
Bremen, Gelsenkirchen, %UDXQVFKZHLJ, Osnabrück, Wolfsburg, Gallen, Solingen, Butrop y Bochum.
En Estados Unidos se identificaron 13 mapas de las ciudades de Anaheim, Berkeley, Boston,
Denver, Los Angeles, Madison, New York, Portland, Salt Lake, San Diego, San Francisco, New
Orleans, Cambridge Massachuse, en España Huella solar muestra el potencial de producción
eléctrica de Almería, Barcelona, Granada, Madrid, Malaga, Murcia, Oviedo, Sevilla, Valencia,
Valladolid y Zaragoza ³+XHOODVRODU0DGULG´QG. También están en proceso algunos mapas de
ciudades indias como Nueva Delhi, Guajarat y Chardigart (The Energy and Resources Institute
(TERI), n.d.) y en chile Calama cuenta con su mapa solar y en proceso están Vitacura y Lo
Barnechea(Mapdwell LLC, 2014).
2.3 Metodología
Del total de los mapas catastrados, según determinados factores se compararon 9. El estudio se
centró en 6 variables principales: Entorno gráfico, uso, apoyo visual, resultados, educación al
usuario y metodo de cálculo. Por cada variable se establecieron otros ítems, según el estudio caso
a caso de los mapas. La comprensión de estas variables ayuda a comprender los mapas y elegir las
variables adecuadas que debería tener un mapa para los residentes de países en vías de
desarrollo que aún no están familiarizados con términos relacionados con sistemas de generación
energética solar. Asumiendo que la principal función de estos mapas es que los usuarios
dimensionen el potencial solar que tienen en sus edificaciones, independiente de los resultados, ya
que estos son solo orientadores porque al momento de que el usuario quisiera instalar un sistema
siempre debería recurrir a especialistas. El objetivo de este estudio es determinar variables que
pudiesen ser utilizadas para la creación de un mapa solar en la ciudad de Concepción, Chile,
entendiendo que recientes encuestas en la ciudad arrojaron que el conocimiento sobre generación
energética solar es básico.
Solingen
Bochum
Boston
La County
Madison
Cambridge
Calama
Entorno
Gráfico
Wolfburg
Principales
variables
Osnabrück
Tabla 5: Cuadro comparativo de variables y castro de mapas solares.
Paleta de información
x
.
.
.
.
x
.
x
x
Paleta de búsqueda
x
.
.
.
x
x
x
x
x
Muestra varios tipos de mapas base
.
.
.
.
x
x
x
.
.
Separa potencial térmico y eléctrico
x
x
x
x
.
x
.
.
x
Área delimitada de catastro
.
x
.
.
x
x
x
.
x
Ítems/Mapas
.
x
x
.
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Para obtener datos se debe pinchar sobre cubierta
x
x
x
.
x
x
.
x
x
Para obtener datos se debe dibujar el área
.
.
.
.
x
.
x
.
.
.
.
x
.
.
x
x
x
.
x
.
Indica simbología
x
x
x
x
x
x
.
x
.
Indica sombras sobre cubierta
.
.
.
.
.
x
x
x
x
Indica cubierta como polígono plano
x
x
x
.
.
.
.
.
x
Indica superficie total cubierta
.
x
.
.
x
x
.
x
.
Indica superficie útil de cubierta
x
.
.
.
x
x
.
x
x
Energía generada
x
x
x
.
x
x
x
x
x
Ahorros monetarios
.
x
.
.
x
x
x
x
.
Potencial solar
x
x
x
.
x
x
x
x
.
Ahorro CO2
x
x
x
.
x
x
.
x
x
Costo del sistema
.
.
.
.
.
.
x
x
.
Enlaza a calculadora solar
x
.
.
.
.
x
.
.
.
Información sobre energía solar
.
.
.
.
.
x
.
.
.
Información sobre sistemas de E. renovable
.
.
.
.
.
x
.
.
.
Informa bases de cálculo
.
.
.
.
x
x
x
.
x
Enlazada a municipio
x
x
.
.
x
x
.
.
.
Enlazada a empresas
.
.
.
x
.
.
.
.
.
Muestra instalaciones existentes
.
.
.
.
x
x
x
.
.
Sun-area
.
x
Radiance/Daysim
.
x
Desconocido
.
x
Esri analisys solar
.
Indica gráficamente si es adecuado integrar SS
Esri analisys solar
Se deben ingresar datos de ángulo y orientación
Simusolar
Educación
x
Simusolar
Resultados
.
Simusolar
Apoyo visual
x
Se busca la edificación con cursor
Sun-area
Uso
Se busca la edificación según dirección
Desarrollador
de método
3-1 Metodologías implementadas
Al analizar las metodologías utilizadas reconocen 3 pasos para la creación de estos mapas. Primero
se recogen los datos físicos de la ciudad, lo segundo; es someterlos al contexto climático y
finalmente evaluar la capacidad técnica que poseen las edificaciones.
Cada método de cálculo varía entre sí. El método que usa ³62/$5 6<67(0´ XVD datos de
escáner laser de alta resolución para crear modelos de elevación digital en tres dimensiones
(DEM). El cual da cuenta de la forma, inclinación y orientación de los tejados, infraestructura
existente y follaje de los árboles. La simulación solar se realiza con Daysim y Radiance,
determinando la radiación incidente sobre los edificios que cae por unidad de superficies, simulada
para cada hora de un año típico, para luego determinar la disponibilidad solar de generación
eléctrica utilizando paneles fotovoltaicos. (Mapdwell, 2014).
El cálculo de ³6,0862/$5´ usa información espacial 3D o escaneo laser de alta resolución
otorgados por los municipios, para la simulación solar de la toda la ciudad se toma en cuenta la
orientación, inclinación, tamaño
anuales³6LPXVRODU´QG.
del
techo,
radiación
anual,
CO
2
anual
e
ingresos
El método ³SUN AREA´ para mapas de Calama, Osnabrück y otros, también recoge los datos
físicos con escáner laser, teniendo en cuenta la inclinación, exposición, sombreado y tamaño de la
superficie de cada techo. Sobre estos datos generados, se calcula automáticamente la superficie
de techos que tienen mayor capacidad para el aprovechamiento de la energía solar.
Algunos de los mapas simplificados no contemplan obstrucciones topográficas y físicas locales
asociados a la inclinación u orientación de la azotea. El usuario es el responsable de definir el área
del techo, la inclinación, el ángulo del azimut y un factor de reducción de potencia adecuada para
dar cuenta de los impactos de las obstrucciones de sombreado(Dean et al., 2009).
Las herramientas de análisis de la radiación solar en ArcGIS Spatial Analyst permite analizar los
efectos del sol sobre un área geográfica durante períodos diarios y estacionales, tomando en
cuenta los cambios del ángulo del sol, variaciones en la elevación, orientación (pendiente y
orientación) y las sombras proyectadas por las características topográficas que afectan la cantidad
de radiación solar entrante ³(65,VRODUDQDOLV\V´QG.
Otros mapas se usan una constante multiplicada por área útil de cubierta, asumiendo que esta es
plana(Jakubiec & Reinhart, n.d.). Este supuesto
predice que todos los puntos en una azotea
recibe la misma cantidad de radiación solar, independientemente de la orientación y el contexto que
lo rodea, tampoco considera el contexto urbano local, como los árboles y los edificios vecinos, lo
que en muchos casos será inexacto. Generalmente, este valor se obtiene a partir de las medias
anuales de irradiación global horizontal(Jakubiec & Reinhart, 2013).
3.2 Herramientas de análisis
Los mapas que entregan información detallada son los que usan escaneos aéreos para la
recogida de datos. Este escaneo o también llamado vuelo LiDAR (Light Detection And Ranging)
consiste en el que un avión de topografía láser emite ráfagas rápidas y registra el tiempo hasta su
regreso visual, siguiendo su ubicación a través de Sistemas de Posicionamiento Global (GPS). La
ubicación y los datos recogidos se transforman en puntos geográficamente localizados (Jakubiec
& Reinhart, 2013). Los datos son más precisos y permiten una extracción de datos más detallada.
Desde un punto de vista de ingeniería, los conjuntos de datos LiDAR proporcionan una variedad de
productos derivados, incluyendo el mapeo solar; identificación superficie impermeable, esbozo del
edificio, definición precisa de la ocupación del suelo y la vegetación y la delineación de humedales.
(Adams, 2012).El vuelo con recolección de datos LIDAR supone un sistema de medición más
exacto pero también más caros para la evaluación del potencial solar (Manfred Grauthoff, Ulrike
Janssen, 2012), estos dependen del área a cubrir, del paisaje urbano y de la densidad, así como del
nivel de detalle del vuelo fotogramétrico que se requiera, mientras que existen otros tipos de
catastros que se obtiene gratuitamente autoridades locales o el instituto geográfico nacional. Estos
datos LIDAR generan modelos de elevación digital(DEM) , a partir de cuales se puede determinar
la pendiente, orientación de las edificaciones y el terreno.U\]D6]\PDQRZVNL0LJDáD3LHWUDV
2010).Este procedimiento permite diferenciar la superficie de los objetos y del terreno, con lo que se
puede elaborar un Modelo Digital de Terreno (DTM) o un Modelo Digital de Superficie (DSM).
Los sistemas de información geográfica (SIG) como GRASS, ArcGis, Arcmap y otros. que aportan
cartografías, esta es una de las herramientas más usadas en el proceso del cálculo solar, por su
capacidad de almacenamiento de datos.
Radiance y Daysim, programa desarrollado y validado para cálculos de la luz del día, en él se
calcula la irradiación por hora al año.
3.3 Resultados arrojados
Se observan dos líneas de entrega de datos, una simplificada y una detallada, ambas dependientes
de las metodologías de cálculo. Estas se presentan al usuario del mapa en formas de etiqueta o
pestaña fija al hacer click sobre el techo a consultar. Los resultados simplificados indican
anualmente, la idoneidad solar (bueno, regular malo/alto medio bajo) lo que se representa en
escalas de color, según la simbología indicada en el plano. También indica el potencial solar o
cuanta energía llega al techo, con lo cual es posible determinar la cantidad de energía eléctrica a
generar al instalar un sistema fotovoltaico o cuanta energía térmica podría generarse al instalarse
SDQHOHV WpUPLFRV (Q DOJXQRV FDVRV OD SiJLQD HQOD]D D ³FDOFXODGRUDV VRODUHV´ HQ ODV FXDOHV VH
determina con mayor precisión los datos al usuario, otros también entregan un reporte por unidad
residencial en PDF, donde se detallan los resultados.
Los resultados más detallados entregan valores mensuales de radiación solar, superficie total del
techo, superficie idónea, área del sistema, número de paneles, eficiencia del sistema, energía
generada,
energía generada, incentivos o subsidios estatales, inversión, años de recuperación.
Algunos mapas permiten estimar el tamaño de la instalación o ingresar el monto a invertir al
usuario, mientras que algunos son más estáticos y entregan valores fijos.
3.4 Formas graficas de visualización
La grafica final que recibe el usuario viaria en cada mapa, esta depende de la metodología utilizada.
Se rescatan 3 tipos de visualizaciones gráficas, en el primero tipo, se identifican con un polígono
plano (mapa A y B) sobre el techo de las edificaciones. Estos indican si el techo es o no apto para
la instalación de sistemas solares a través de una escala de color (bueno, regular malo/alto medio
bajo). La segunda clasificación gráfica, son los mapas detallados, estos grafican las sombras que
tienen las cubiertas de los techos, se aprecian por techo las zonas de mayor y menor radiación. La
grafica también se indica por edificación en cambio en la tercera categoría (mapas E y F) indica la
irradiación sobre toda la ciudad en vacíos y llenos, no discrimina por edificación como los mapas
anteriores, en estos es posible determinar niveles de radiación en espacio público. Para que el
usuario obtenga resultados de su edificación este debe dibujar un polígono sobre el área que desea
analizar a diferencia de los anteriores que entregaban los datos automáticamente al hacer clic sobre
la cubierta de la edificación.
Figura 7: Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E:
Mapa de Madison, F: Mapa de Minnesota.
4 CONCLUSION
En la búsqueda del estado del arte actual de herramientas digitales para integrar los diferentes
actores de la sociedad en pro de ciudades sustentables podemos concluir que existen varias
metodologías y formas de expresar la información al usuario, entendiendo también estos están más
informadas, ya que la mayoría de las ciudades analizadas cuentan con normativas e incentivos
asociados. Partiendo desde esa premisa en países donde recién se comienza a hablar de energía
solar, es importante que estas plataformas online también eduquen, incentiven y orienten a la
población en el uso de sistemas de energía solar.
El estudiar las metodologías de los mapas existentes nos hacen pensar en que es es necesario
hacer el estudio de las variables que son factibles y viables para países en vía de desarrollo que no
cuentan con mayores recursos y conocimiento en el área, pero que tienen un gran potencial
energético. Por lo tanto que en países como el nuestro la interfaz o ambiente de la plataforma debe
ser lo más simple posible para su mayor comprensión. La metodología a implementar siempre
dependerá de la disponibilidad de datos existentes, datos que se puedan generar tiempos de
procesamiento de datos, equipo multidisciplinario coherente con el estudio, etc.
Es importante que se ofrezcan variados métodos al usuario, al momento de su hogar, ya que no es
fácil para todos usuarios identificarlos mediante una imagen satelital. Al momento de definir la
gráfica de la página online, es necesario que los datos entregados sean los más claros posible, sin
requerir datos de entrada, que puede conducir al error o incomprensión del usuario. Los datos
deben darse de inmediatos, sin una mayor búsqueda por la plataforma. El fin de esta plataforma es
informar de información básica al usuario, por lo que pedir datos de entrada, puede generar
discriminación entre el usuario normal o el que ya tiene conocimientos en el área. Los resultados de
idoneidad deben estar asociados con una gráfica clara, ojala esta simbología ya sea conocida
previamente por el usuario, para una mayor comprensión.
5 AGRADECIEMIENTOS
El trabajo presentado fue apoyado por el proyecto Confin Conicyt AKA-ERNC 007.
6 BIBLIOGRAFIA
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HQVD\DGRVEDMRQRUPD,5$0´
Los colectores solares están en permanente equilibrio con el ambiente. La eficiencia de conversión
del mismo depende de la radiación solar, la temperatura ambiente, la temperatura del agua de
entrada y salida, la velocidad del viento y el caudal de circulación. De esta manera, no es posible
asignar un solo valor de eficiencia a los colectores solares sino que es necesario determinar su
curva de rendimiento. Esta curva representa el funcionamiento de los colectores solares bajo
distintas situaciones ambientales y es necesaria para dimensionar cualquier sistema. La curva de
rendimiento se determina experimentalmente bajo condiciones controladas de los parámetros
mencionados y conforme a la norma IRAM 210002. La misma define que para caracterizar a un
colector solar, es necesario determinar tres parámetros clave de funcionamiento: la curva de
rendimiento, el factor modificador del ángulo incidencia y la constante de tiempo del colector. El
primero permite conocer la eficiencia de conversión de la energía solar en energía térmica. El
segundo permite conocer como varía esa eficiencia en función del ángulo con el que incide el sol
sobre el colector y el tercero permite conocer el tiempo que tarda el colector en llegar a un estado
estacionario. Estos tres parámetros permiten caracterizar completamente el funcionamiento del
colector y permiten dimensionar el área necesaria para una aplicación específica. En el banco de
ensayos del LESES (Laboratorio de Estudios sobre energía Solar) se han realizado ensayos de
diferentes colectores bajo la norma IRAM 210002. Este trabajo presenta una comparación de varios
colectores ensayados y relaciona sus características constructivas con los parámetros
determinados. Los resultados de este trabajo servirán para ser utilizados en el dimensionamiento de
sistemas que utilicen los colectores ensayados. Asimismo, el LESES se encuentra transitando el
camino hacia la acreditación y es objetivo del mismo, difundir la existencia de estas instalaciones
para que sean consideradas a la hora de implementar una política de promoción de la energía solar
térmica y para divulgar las actividades de investigación que allí se realizan.
Palabras clave: colector solar, rendimiento térmico, radiación solar, energía, IRAM 210002.
Introducción
Los colectores solares térmicos son elementos que transforman la radiación del sol en calor útil para
calentamiento de fluidos. En esta transformación se involucran pérdidas por convección, conducción
y radiación a lo largo de cada elemento que compone al colector. Luego, la energía obtenida es
transferida mediante un intercambiador de calor al agua de consumo.
Actualmente se utilizan principalmente dos tipos de colectores solares para calefacción y producción
de agua caliente de uso doméstico: colectores planos y colectores de tubos evacuados. Se
caracterizan por costo y rendimiento diferentes, por lo que es muy importante elegir el colector
adecuado para cada aplicación con el fin de optimizar el comportamiento de todo el sistema, el
ahorro de energía y la recuperación de la inversión financiera.
Los colectores planos con cobertura de vidrio suelen estar constituidos por un absorbedor de metal
en una carcasa o caja rectangular plana. La cubierta de vidrio sobre la superficie superior y el
aislamiento en la parte inferior, limitan las pérdidas térmicas. La energía solar absorbida por la placa
se transfiere al líquido que fluye dentro de los tubos colectores. Los tubos están en buen contacto
térmico con la superficie absorbedora. Entre la placa absorbedora y la cubierta transparente hay
presencia de aire, por lo tanto existen pérdidas por convección.
Los colectores de tubos evacuados consisten en tubos de vidrio sellados al vacío; la superficie
absorbedora está situada en el tubo de vidrio interior y puede tener distintas formas. De este modo,
se reducen las perdidas por convección en relación a los colectores planos. Estos colectores
pueden subdividirse en dos tipos. El primero son los de flujo directo, donde el fluido transportador
del calor está en contacto directo con la superficie absorbedora y el fluido se bombea a los tubos. El
segundo tipo consiste en tubos de calor, por ejemplo de cobre, en el interior de tubos de vidrio
sellados al vacío. Un reflector puede estar presente para optimizar la absorción de la radiación
VRODU 'HQWUR GH HVWH ~OWLPR WLSR VH HQFXHQWUDQ D VX YH] ORV FROHFWRUHV ³KHDW SLSH´ \ ³8 SLSH´ GH
efecto termosifónico).
La elección del colector óptimo depende del nivel de temperatura requerido para la aplicación
específica y de las condiciones climáticas del lugar de la instalación. Por lo tanto, en términos de
eficiencia, cada colector muestra características que lo hacen más adecuado para una aplicación
determinada.
En usos convencionales los colectores solares pueden proporcionar energía para calefacción de
agua sanitaria o de ambientes en combinación con sistemas de baja temperatura de agua
(aproximadamente 35 a 50 º C), mientras que este calor tiene que ser provisto por encima de una
temperatura mínima de 75 a 80 ° C en máquinas de enfriamiento por absorción (Schmid et al.,
1984). En áreas con mucho sol, los colectores solares podrían utilizarse también en procesos de
cocción (Hussein et al., 2008; Badran et al., 2005).
El conocimiento del comportamiento térmico de un colector solar es esencial para tomar una
decisión correcta. La Norma IRAM 210002 establece un estándar único en toda Argentina para los
ensayos de colectores solares térmicos. Esta norma especifica un procedimiento reproducible y
garantiza resultados por lo tanto comparables.
En cuanto al laboratorio que realiza los ensayos, es deseable que éste se encuentre acreditado bajo
norma ISO 17025, que es una normativa internacional más amplia que una norma relacionada al
sistema de gestión de un laboratorio y establece los requisitos que deben cumplir los laboratorios de
ensayo; con el objetivo de demostrar que estos son técnicamente competentes y capaces de
producir resultados técnicamente válidos. Los laboratorios que deseen demostrar su competencia y
credibilidad deberían implementar esta norma. En cuanto a las obligaciones reglamentarias o
legales (nacionales, provinciales, municipales y MERCOSUR), éstas pueden requerir la acreditación
del laboratorio para que los ensayos sean válidos en el marco legal.
El presente trabajo es de carácter tecnológico y tiene como objetivo comparar el rendimiento de
distintos tipos de colectores ensayados en las instalaciones de la Plataforma Solar del Laboratorio
de Estudios Sobre Energía Solar (LESES) del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad
Tecnológica Nacional, (UTN-FRBA); de acuerdo a los lineamientos establecidos en la norma IRAM
210002. Un segundo objetivo que se desprende de estos ensayos, es el de presentar a la
comunidad científico/tecnológica y empresarial, las capacidades del LESES en cuanto
caracterización de colectores según norma y bajo estándares de calidad. Dentro de las perspectivas
a futuro y como plan estratégico, cabe mencionar que en este momento el LESES se encuentra
pleno proceso de adecuación de sus instalaciones y procedimientos para la acreditación en el corto
plazo del mismo bajo norma ISO 17025.
Parte experimental
La Plataforma Solar donde se realizaron los ensayos se encuentra en el techo del Laboratorio de
Estudios Sobre Energía Solar (LESES) del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad
Tecnológica Nacional, Facultad Regional Buenos Aires (UTN-FRBA), Villa Lugano, Ciudad
Autónoma de Buenos Aires (58,48°, 34,58°). El banco de pruebas de la Plataforma Solar fue
configurado para poder realizar las mediciones para la determinación del rendimiento de colectores
solares según los lineamientos establecidos en la Norma IRAM 210002. Se ensayaron cinco
colectores: colector plano con cubierta de vidrio, colector de polipropileno negro con aislante
SRVWHULRUFRQ\VLQFXELHUWDWUDQVSDUHQWHGHSOiVWLFRFROHFWRUGHWXERVHYDFXDGRVWLSR³KHDWSLSH´\
FROHFWRU GH WXERV HYDFXDGRV WLSR ³8 SLSH´ FRQ UHIlector difuso posterior. Los mismos pueden
englobarse dentro de tres categorías: colector plano (CP), colector plano de plástico (CPP) y
colector de tubos evacuados (CTE). El tamaño de los colectores es el estándar para aplicaciones de
calentamiento de agua de uso doméstico en la zona centro de Argentina. Los ensayos se realizaron
de manera independiente entre si y durante periodos de 3 a 4 meses cada uno.
El colector plano posee una cubierta de vidrio templado de 4 mm, parrilla de tubos con caños
colectorHVVXSHULRUHLQIHULRUGHô´GHFREUHFRQSLQWXUDQHJURPDWH\FDxRVGH´VROGDGRVSRU
ultrasonido a franjas de aluminio con superficie selectiva. Los caños de las franjas están soldados a
los caños colectores con plata. El colector tiene 25 mm de aislación de lana mineral con un film de
aluminio a la vista. El colector plano de polipropileno negro posee aislación posterior y cubierta
transparente de policarbonato de 3 mm de espesor sujetada al mismo mediante un marco. El
circuito de circulación tiene una configuración del tipo serpentina. No tiene recubrimiento adicional.
El colector tiene un tratamiento especial para resistir la acción del espectro UV. Por su parte, el
FROHFWRUGHWXERVHYDFXDGRV³KHDWSLSH´HVWiIRUPDGRSRUWXERVGHYLGULRGHPPde diámetro
externo, el circuito de circulación está compuesto por un tubo de cobre que colecta el calor que
JHQHUDQ ORV WXERV GH FDORU R ³KHDW SLSHV´ (VWRV VH HQFXHQWUDQ GHQWUR GH ORV WXERV HYDFXDGRV \
transmiten el calor al tubo colector superior por medio de conducción. La transferencia de calor
desde el colector al medio circulante es del tipo sólido-sólido, es decir, no hay mezcla de fluidos. La
superficie absorbedora es una segunda ampolla de borosilicato con superficie selectiva. Entre
medio de ambaVDPSROODVH[LVWHXQYDFtR(OFROHFWRUGHWXERVHYDFXDGRV³8-3LSH´HVWiFRPSXHVWR
por 20 tubos de vidrio con recubrimiento selectivo y superficie externa CPC (Concentrador
parabólico compuesto).
La Figura 8 muestra una foto de la Plataforma Solar con uno de los colectores montado para el
ensayo. Algunas de las características de los colectores ensayados se resumen en la Tabla 6. Un
esquema del banco de pruebas de colectores de la Plataforma Solar se representa en la Figura 9.
El banco de pruebas de la Plataforma donde fueron montados los colectores era regulable en
inclinación y orientación. En todos los ensayos se utilizó agua como fluido de trabajo. En el
esquema de la Figura 9 se representa el circuito hidráulico con dos colores que sugieren en forma
intuitiva la entrada de agua a menor temperatura (azul) y la salida del colector a temperatura más
elevada (roja). Las conexiones hidráulicas fueron realizadas mediante mangueras aisladas con
aislantes de coquillas de 8mm de espesor. Para hacer circular el líquido por el circuito se utilizó una
bomba. Antes de entrar en el colector, la temperatura del fluido se controló por medio de un
calefactor eléctrico en línea. Un sistema de control, conectado a un sensor de temperatura insertado
en el calefactor, actuó sobre el mismo para garantizar un control preciso de la temperatura del
líquido en la entrada del colector. La temperatura del líquido en la entrada y en la salida de los
colectores se midió por RTDs (Resistance temperatura detectors, por lo general de platino).
Dos piranómetros Kipp & Zonen CMP 11 se utilizaron para medir la irradiancia solar. Uno de ellos
medió la radiación solar global en el plano del colector, mientras que el segundo piranómetro, a la
sombra de la radiación solar directa, midió sólo la componente difusa sobre el plano horizontal. Para
la medición de la radiación difusa, el piranómetro estaba equipado con un anillo que daba sombra al
mismo.El ángulo de inclinación del colector fue de 30º o 40º dependiendo de la época del año.
Para la medición del caudal de agua se utilizó un caudalímetro de tipo turbina de paso total. Para la
calibración del mismo se midió el volumen de agua recogido en recipientes a distintos tiempos para
cinco caudales característicos.
Figura 8: Foto de uno de los colectores (tipo U-pipe) montado en la Plataforma Solar para
ser ensayado.
Figura 9: Esquema del banco de pruebas de colectores de la Plataforma Solar del LESES.
Tabla 6: Características físicas de los colectores ensayados.
Plano
Plano
(Polipropileno)
Plano
(Polipropileno)
Heat Pipe (30 tubos)
U pipe (20
tubos)
Área total (m )
2,049
0,523
0,523
4,348
2,11
Cubierta
Vidrio
templado 4mm
Policarbonato
transparente 3mm
Sin cubierta
Vidrio de borosilicato
1,8mm
Vidrio Pyrex
Aislación
25mm de lana
mineral
25mm de espuma
de poliuretano
Sin aislante
El caño colector está
aislado con 50mm de
lana de vidrio
El caño colector
está aislado con
lana de vidrio
21,76
6,834
6,834
94,8
10,64
0,0097
0,002163
0,002163
0,000163
0,00834
10 a 150
10 a 60
10 a 60
10 a 70
10 a 60
0,04
0,011
0,011
0,05
0,042
0,04
0,011
0,011
0,05
0,042
2
Masa del
colector por
unidad de área
2
bruta (Kg/m )
Capacidad
volumétrica del
colector por
unidad de área
3
2
bruta (m /m )
Intervalo de
temperaturas
de
funcionamiento
recomendadas
por el fabricante
(K o °C)
Gasto mínimo
del fluido
transportador
(Kg/s)
Gasto máximo
del fluido
transportador
(Kg/s)
Dos estaciones meteorológicas marca Davis, se utilizaron para la medición de la temperatura
ambiente y la velocidad y dirección del viento, factor que influye en la pérdida de calor del colector.
El anemómetro de una de las estaciones midió la velocidad y dirección del viento en el plano del
colector, mientras que el otro midió en el plano horizontal.
Resultados y discusiones
En condiciones de operación de estado estacionario, la potencia de salida útil de un colector solar
con ángulo de radiación solar incidente cercano al normal, puede expresarse de la siguiente manera
(Duffie and Beckman 2006):
F´˜A ˜>WDe n˜GU˜t t @
Q
a
m
a
donde
(2)
es la potencia de salida útil transmitida al líquido, )¶ el factor de eficiencia del colector, Aa
el área de apertura del colector, (WD)en el producto efectivo de la transmitancia-absortividad en
incidencia normal, G la irradiancia solar global, U el coeficiente global de pérdidas de calor del
colector y (tm - ta) la diferencia entre la temperatura media del fluido en el colector tm y la
temperatura ambiente ta.
El rendimiento es igual a:
Q
G ˜ Aa
t t º
ª
F ´˜«WD e n U m a »
G ¼
¬
(3)
o equivalentemente:
K F´˜>WD e n U ˜ Tm* @
(4)
donde K es el rendimiento y Tm* es la temperatura media reducida.
Si el coeficiente de pérdida de calor se considera como la suma de dos términos, uno constante y
otro dependiente de la diferencia de temperatura entre el fluido y el ambiente (tm - ta), la ecuación
del rendimiento puede escribirse como:
K K0 a1 ˜ Tm* a2 ˜ G ˜ Tm* 2
(5)
Esta forma está de acuerdo con la proporcionada por la norma IRAM 210002 para ensayos en
estado estacionario.
Si se asume al coeficiente a2 estadísticamente despreciable, se obtiene una ecuación de primer
K K0 a1 ˜Tm*
orden, ecuación (
(6), lo que
significa que la pérdida global de calor es función lineal de la diferencia de temperatura entre el
fluido y el ambiente.
K K0 a1 ˜Tm*
(6)
Sólo altos niveles de irradiancia, y por ende una baja fracción de radiación difusa, en los ensayos
son aceptados por la norma. Por lo tanto se necesitan condiciones climáticas muy estables y
soleadas.
Los ensayos se realizaron según los lineamientos establecidos en la norma IRAM 210002. Las
magnitudes medidas fueron las siguientes: irradiancia global, irradiancia difusa, temperatura de
entrada y salida del fluido en los colectores, temperatura del aire circundante (ambiente), caudal del
fluido y velocidad del aire circundante o viento (ver detalles en la parte experimental).
Los ángulos de incidencia de la radiación incidente sobre el área del colector fueron calculados para
cada intervalo de tiempo de medición (entre 5 y 15 minutos según la constante de tiempo de cada
colector).
Se fijó el caudal de fluido de acuerdo a lo sugerido por la norma; cada punto experimental se obtuvo
estableciendo una temperatura de fluido constante a la entrada del colector.
Los datos de la velocidad del viento recolectados para este trabajo, en su mayoría entre 0,1 y 3 m/s,
fueron en promedio un poco menor a los requisitos establecidos por la nueva norma IRAM 210002
publicada recientemente y por esto los resultados se acercan a la condición de velocidad de viento
despreciable. Sin embargo, estos resultados de velocidad del viento se ajustan a la versión de la
norma vigente al momento de los ensayos.
Se considera que un colector opera en condiciones de estado estacionario si la desviación de los
parámetros experimentales se encuentra dentro del rango reportado en la Tabla 7.
Tabla 7: Condiciones de ensayo y desviaciones permitidas para ensayos de rendimiento térmico de
colectores según norma IRAM 210002.
Parámetro
Valor
Desviación de la media
Radiación global G (W/m )
>630 (700)*
(±50)*
Radiación Difusa Gd/G (%)
<15
Ángulo de incidencia (º)
<30
2
Temperatura de entrada del fluido (ºC)
±1
Temperatura ambiente (ºC)
(±1)*
Caudal (%)
±1
Velocidad del viento (m/s)
<5 (2 ± 5)*
(0,5)*
* A modo indicativo se muestran entre paréntesis los valores establecidos en la nueva versión de la norma
recientemente publicada, no vigentes en al momento de la realización de los ensayos del presente trabajo.
Los ensayos incluyeron un período de preacondicionamiento de al menos 15 minutos, seguido por
períodos de medición iguales a la constante de tiempo de cada colector, de entre 5 y 15 minutos por
período según el caso. En cada período de medición los valores de las magnitudes registradas
fueron promediados para obtener el punto de rendimiento correspondiente.
Este procedimiento se repitió variando la temperatura de entrada de fluido y, finalmente los
resultados se presentan en gráficos de rendimiento en función de la temperatura reducida.
El proceso de cálculo de los puntos de rendimiento se realizó mediante el desarrollo de un
programa en el entorno Excel de Microsoft Office.
La curva de rendimiento se trazó ajustando los puntos a una regresión lineal, siguiendo el
procedimiento descrito en la norma IRAM 210002.
Las curvas de rendimiento obtenidas por regresión lineal de los datos experimentales en los
ensayos de los colectores, se muestran en la Figura 10. Éstas siguen la tendencia esperada, se
observa que los colectores de tubos evacuados relativamente buen rendimiento en distintas
condiciones climáticas, en particular para climas templados a fríos.
Por su parte el colector plano con cubierta presenta un mayor rendimiento a incidencia normal en
climas cálidos, mientras que los colectores plásticos de polipropileno, con y sin cubierta, sólo
justifican su uso también en este tipo de climas, los cálidos, durante el verano y de hecho una de
sus principales aplicaciones es, por ejemplo, para calentamiento de agua de piscina.
En general, los colectores de tubos evacuados se desempeñan mejor en condiciones más frías y / o
nubosas que sus contrapartes de colectores planos. Esto se debe al vacío en el tubo de vidrio, que
permite a estos colectores retener un alto porcentaje del calor absorbido. Trabajan bien en
condiciones de congelación, donde los colectores planos no funcionarán correctamente.
Sin embargo, en las zonas donde existen fuertes nevadas pueden ser un problema, los colectores
de tubos evacuados no pierden mucho calor, por lo tanto no derretirán la nieve y la escarcha tan
rápido como los colectores planos. Para compensar un poco esto, los colectores de tubos
evacuados en climas fríos pueden instalarse en un ángulo superior para afrontar el sol más
directamente, y esto, junto con una separación adecuada entre los tubos, permite que la nieve se
deslice con mayor facilidad. Un colector plano, por otro lado, absorberá algo de calor a través de la
luz solar reflejada por la nieve y el hielo, elevando su temperatura por arriba de cero y por lo tanto
derretirá la nieve o escarcha mucho más rápido, aunque puede que no sea capaz de producir agua
caliente en estas condiciones frías.
Verano
Primavera - Otoño
Invierno
Figura 10: Curvas de rendimiento obtenidas por regresión lineal de los distintos tipos tipos de
colectores ensayados: plano con cubierta de vidrio, plano de polipropileno negro con aislante
posterior, con y sin cubierta de plástico trasnparente, de WXERV HYDFXDGRV WLSR ³KHDW SLSH´ de
WXERVHYDFXDGRVWLSR³8SLSH´FRQUHIOHFWRUGLIXVRSRVWHULor.
'HELGR DO GLVHxR GH ³DXWR-VHJXLPLHQWR´ de los colectores de tubos evacuados, estos recogen el
calor de manera bastante uniforme a lo largo del día a partir de unos pocos minutos de la salida del
sol. Los colectores planos en cambio deben absorber casi todo su calor alrededor del mediodía.
En el caso en que la radiación solar incidente no incida en ángulos cercanos al normal sobre la
superficie del colector, debe utilizarse el factor modificador del ángulo de incidencia, KWĮ, para
corregir la ecuación de rendimiento. En estos casos, en la ecuación del rendimiento, ecuación
K F´˜>WD e n U ˜ Tm* @
reemplazarse
(4,
debe
,
que
es
el
producto
efectivo
de
la
transmitancia
de
la
cobertura
en ˜ KWD
WDe WD
y la absortividad del captador para cualquier ángulo de incidencia.
De acuerdo a la norma IRAM 210002, la dependencia angular del factor modificador del ángulo de
incidencia viene dada por:
KWD
·
§ 1
1¸
1 b0 ˜ ¨
¹
© cosT
donde b0, es el coeficiente del factor modificador del ángulo de incidencia (Rönnelid et al., 1997).
(7)
KWD
§ 1
·
1 b0 ˜ ¨
1¸
© cosT
¹
La ecuación
(7
se ajusta bien a colectores planos. Para colectores de tubos evacuados la dependencia con el
ángulo de incidencia suele ser más complicada y KWĮ no depende de un único ángulo de incidencia
como en esta ecuación. En lugar de ello, el haz incidente se debe dividir en dos dimensiones y el
modificador puede describirse como KWĮ (șt, șl), donde șt y șl son la proyección transversal y
longitudinal del ángulo de incidencia ș, respectivamente.
Figura 11: Curvas del factor modificador del ángulo de incidencia en función del ángulo, para
los distintos colectores: plano con cubierta de vidrio, plano de polipropileno negro con aislante
posterior, con y sin cubierta de plástico trasnparente, de WXERVHYDFXDGRVWLSR³KHDWSLSH´de
WXERVHYDFXDGRVWLSR³8SLSH´FRQUHIOHFWRUGLIXVRSRVWHULor.
La Figura 11 muestra las curvas del factor modificador del ángulo de incidencia. Se observa que las
curvas correspondientes a los colectores de tubos evacuados toman valores mayores a la unidad a
medida que aumenta el ángulo, esto se debe a que, como se explica en el párrafo precedente, la
KWD
§ 1
·
1 b0 ˜ ¨
1¸
© cosT
¹
ecuación
establecida por la norma IRAM 210002 no es apropiada para colectores de tubos evacuados.
(7
El factor modificador del ángulo de incidencia real de estos colectores de tubos evacuados,
disminuye luego de los 60º. En esta versión de la norma, sólo se mide el KWĮ transversal. En las
normativas de otros países se miden tanto el transversal como el longitudinal. La combinación de
ambos da el KWĮ real, mientas que la norma IRAM 210002 sólo mide el transversal. Cabe notar que
en la nueva versión de la norma IRAM esto ha sido incorporado.
En el caso de los colectores planos el factor modificador del ángulo de incidencia sigue el
comportamiento esperado, disminuyendo a medida que aumenta el ángulo y se corresponde con
una disminución del rendimiento a ángulos mayores.
La Tabla 8 resume los parámetros característicos de cada colector obtenidos en los respectivos
ensayos.
Tabla 8: Valores de los parámetros característicos de la curva de rendimiento, K0 y a1, y del factor
modificador del ángulo de incidencia, b0, determinados experimentalmente para cada colector según
norma IRAM 210002.
Colector
Parámetro
K0
a1
b0
Plano c/ cubierta
0,67
4,63
0,33
Plano de P.P. c/ cubierta
0,45
4,30
0,21
Plano de P.P. s/ cubierta
0,52
20,6
0,19
7XERHYDFXDGR³+HDWSLSH´
0,41
1,66
-0,55
7XERHYDFXDGR³8SLSH´
0,49
1,17
-0,39
Conclusión
El LESES cuenta con instalaciones adecuadas en su Plataforma Solar y la capacidad técnica para
realizar la caracterización de colectores solares térmicos de cualquier tipo, de acuerdo a los
lineamientos establecidos en la norma IRAM 210002.
De los resultados obtenidos para los distintos colectores ensayados se desprende que los
colectores planos son los mejores para usos en climas más cálidos o en viviendas de climas fríos si
sólo se utilizan durante el verano. Los colectores de tubos evacuados son mejores para las áreas
donde las temperaturas invernales frecuentemente caen cerca de cero o por debajo. Aquellos que
necesiten agua caliente a temperaturas elevadas, en todos los climas, deben considerar los
colectores de tubos evacuados.
Los resultados de este trabajo servirán para ser utilizados en el dimensionamiento de sistemas que
utilicen los colectores ensayados.
Asimismo, el LESES se encuentra transitando el camino hacia la acreditación de la norma ISO 17025,
para lo que está adecuando sus instalaciones y procedimientos. Es objetivo del mismo, difundir la
existencia de estas instalaciones para que sean consideradas a la hora de implementar una política
de promoción de la energía solar térmica y para divulgar las actividades de investigación que allí se
realizan.
Referencias
Badran, A.A., Al-Hallaq, A.A., Eyal Salman, I.A., Odat, M.Z., 2005. A solar still augmented with a flat-plate collector.
Desalinisation 172, 227±234.
Duffie, A., Beckman, W.A., 2006. Solar engineering of thermal processes (Chapter 6).
Hussein, H.M.S., El-Ghetany, H.H., Nada, S.A., 2008. Experimental investigation of novel indirect solar cooker with indoor
PCM thermal storage and cooking unit. Energy Conversion and Management 49, 2237±2246.
Rönnelid, M., Perers, B., Karlsson, B., 1997. On the factorisation of incidence angle modifiers for CPC collectors. Solar
Energy 59, 281±286.
Schmid, R., Collins, R.E., Mannik, E., 1984. Performance comparison of flat plate and evacuated tubular collectors used in the
Sydney University solar cooling and heating project. In: Biennial Congress of Int. Solar Energy Society Perth, vol. 2, pp. 1056±
1060.
Christian Navntoft, Fabian Garreta, Anahi Lanson, Jorge Pracchia, Alejandro
Zitzer, Marcelo Alvarez, Florencia Gonzalez Otharan y Virgina Lo Scrudato
³)XQGDPHQWDFLyQWpFQLFDSDUDODUHJODPHQWDFLyQGHOD/(<GHODFLXGDG
GH%XHQRV$LUHV´UTN-FRBA)
Introducción
En Noviembre de 2011, la legislatura de la ciudad de Buenos Aires sanciono la ley 4024, cuyo
objeto se especifica en el Artículo 1°-³El objeto de la presente Ley es establecer en el ámbito de la
Ciudad Autónoma de Buenos Aires un régimen de incentivo para promover el uso de sistemas de
captación de energía solar, con el propósito de producir energía eléctrica, generar agua caliente o
calefaccionar ambientes.´ &RPR VH HVSHFLILFD HQ HO $UWtFXOR ƒ GH OD PLVPD OH\ OD $JHQFLD GH
Protección Ambiental (APRA) es la autoridad de aplicación de la misma y tiene a su cargo la
elaboración de la reglamentación de la misma. Para llevar a cabo esta tarea, APRA convocó a
profesionales de diferentes instituciones y empresas a colaborar con el proyecto. Las instituciones
convocadas fueron varias: UTN-FRBA (Universidad Tecnológica Nacional-Facultad Regional
Buenos Aires), UNLU (Universidad Nacional de Luján), ALDAR SA, SOLARTEC SA, INTI (Instituto
Nacional de tecnología Industrial), EQUITECNICA SA, CNEA (Comisión Nacional de Energía
Atómica) y otras. A partir de esta convocatoria, se analizó la ley y se trataron dos opciones: 1)
Derogar la Ley y modificarla, 2) Elaborar la mejor reglamentación posible para el estado actual de la
ley.
La opción 1) surgió luego de detectar ciertas discrepancias importantes en el texto de la misma, a
saber:
A) Art. 4°.- Ámbito de aplicación. Los beneficios establecidos en la presente Ley son aplicables a
inmuebles para viviendas individuales y colectivas, nuevas o usadas. Si la ley solo aplica a
viviendas, quedan fuera de la misma las entidades con habilitación comercial pero que pueden
generar ahorros enormes en el uso de energía térmica o fotovoltaicas como pueden ser los
clubes de deporte, los lavaderos, los restaurantes, los hoteles, las clínicas, los hospitales,
industrias, etc. Incluso los entes oficiales tienen un gran consumo de energía térmica que puede
ser reemplazada por solar y aun así quedan fuera del alcance de la ley. Es justamente en los
sectores comerciales donde más energía se podría ahorrar.
B) Art. 5°.- Definiciones. Se entiende por:
a. Equipos de generación fotovoltaica: a los sistemas destinados a la captación de la
radiación solar para producción de energía eléctrica en pequeña escala, con el fin de
autoconsumo en las instalaciones eléctricas interiores. El autoconsumo se entiende
como lograr un 100% de autonomía energética. Esto es imposible en la ciudad de
Buenos Aires, no solo por los grandes consumos energéticos de los hogares, sino
también porque la superficie disponible de captación por hogar no permite la generación
de tanta energía eléctrica. En el mejor de los casos, el aporte de un sistema de
generación fotovoltaica al consumo residencial puede ser de un 5% del total. La
excepción la constituyen edificios o casas bajas con mucha superficie disponible. Por
otro lado, no especifica cómo debe realizarse ese consumo. Típicamente existen dos
tipos de instalaciones fotovoltaicas: aisladas y conectadas a red. Las del primer tipo,
requieren el uso de baterías y la desconexión de la red eléctrica. En este caso, el
problema pasa a ser las baterías, ya que luego será necesario disponer de ellas a nivel
residencial, con los perjuicios ambientales que eso conlleva. Asimismo, no está
permitido desconectarse de la red. Un usuario puede ser autónomo energéticamente
pero la factura mínima debe ser abonada de igual manera. En el segundo caso, es
decir, la instalación conectada a red, no está regulado el modo de conexión. La CNEA
junto a otras instituciones están desarrollando un proyecto de investigación cuyos
resultados deberían abrir el panorama para desarrollar la reglamentación necesaria.
Este vacío regulatorio resulta una barrera para desarrollar una política de promoción
genuina de la energía fotovoltaica a nivel urbano. Por este motivo, es decir, el vacío
regulatorio, los grandes proyectos instalados que existen hoy en día han requerido
C)
D)
autorización de las empresas prestadoras del servicio eléctrico, siendo negada la
misma en muchos casos.
b. Equipos de generación térmica: a los sistemas de captación y utilización de energía
solar térmica de baja temperatura para la producción de agua caliente y apoyo a la
calefacción. En este apartado, quedan excluidos equipos de refrigeración solar y de
otros usos industriales como puede ser el secado de frutas u otras aplicaciones con aire
calentado con energía solar.
Art. 9°.- Protección del paisaje urbano. Las instalaciones de energía solar regulados por la
presente Ley deben sujetarse a lo dispuesto en las normas urbanísticas destinadas a impedir la
desfiguración de la perspectiva del paisaje o perjuicios al Gobierno de la Ciudad Autónoma de
Buenos Aires, armonía paisajística o arquitectónica, y también la preservación y protección de
los edificios, conjuntos, entornos y paisajes. El órgano competente verificará la adecuación de
las instalaciones a las normas urbanísticas y valorará su integración arquitectónica, así como
sus posibles beneficios y perjuicios ambientales. Asimismo tendrá en cuenta que estas
instalaciones no produzcan reflejos frecuentes que puedan molestar a personas residentes en
edificios colindantes. En este artículo se consideran daños al paisaje debido al uso de
tecnología renovable, y argumentos en detrimento de la misma ley, y no presenta argumentos
herramientas a su favor como podría ser HO ³GHUHFKR DO VRO´ GH FDGD LQVWDODFLyQ (V GHFLU VL
algún usuario instala un sistema de energía solar en su terraza, no tiene garantía de que
construyan un edificio más alto en la cercanía y que este edificio le proyecte sombra a su
instalación, disminuyendo o anulando cualquier generación de energía térmica o eléctrica.
Art. 14.- Prueba experimental. El Poder Ejecutivo promoverá la instalación de sistemas de
captación de energía solar térmica y fotovoltaica en parques, polideportivos y edificios de
propiedad del Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires a los efectos de evaluar adecuadamente
los potenciales beneficios económicos, ambientales y sociales de su implementación. Este
artículo se contrapone con el ámbito de aplicación definido en el Artículo 4° como viviendas
unifamiliares o colectivas. Resulta confuso e incoherente que se pretenda instalar sistemas
solares térmicos y fotovoltaicos experimentales en ámbitos que no abarca le ley. Por otro lado,
no es necesario hacer instalaciones experimentales para estimar los potenciales beneficios
económicos, sino que basta con realizar las estimaciones con los modelos adecuados ya
existentes. Ambas tecnologías (térmica y fotovoltaica) están muy desarrolladas a nivel mundial y
es posible estimar la energía que brindan ambos sistemas con una precisión igual o superior al
95%. Lo que si es necesario es implementar es una infraestructura de calidad adecuada que
permite homologar las características técnicas de la tecnología involucrada. Adicionalmente
existen normas IRAM que definen los ensayos a realizar en cada una de las tecnologías, para
garantizar su funcionamiento y durabilidad. Existe incluso, normativa IRAM para realizar las
licitaciones públicas de este tipo de tecnologías, puntualmente la norma IRAM 210006.
La opción 2) o plan B, fue definir el escenario en que la ley no sería cambiada y debía ser
reglamentada con su forma actual, a pesar de las incongruencias y errores de la misma.
En este trabajo, se presenta la argumentación técnica de la reglamentación propuesta según la
opción 2). Esto no implica que sea la mejor opción. De hecho, lo mejor sería elaborar una nueva ley
teniendo en cuenta todos los errores mencionados anteriormente. Los mismos métodos que aquí se
explican, pueden ser aplicados a una nueva ley, más coherente y consistente con los objetivos
propuestos en el objeto de la misma.
En los Art. 6º, 7º, 8° y 10°, se establece que el interesado debe presentar una memoria de cálculo
donde indique el ahorro energético estimado, el mantenimiento anual y que la APRA debe emitir un
certificado de aprobación y mantenimiento de la misma. Asimismo, la instalación y el proyecto
deben ser realizados por profesionales matriculados especialistas en el tema. Esta serie de
requisitos genera una enorme carga económica y profesional sobre ambos lados, es decir, sobre las
autoridades que deben estar encargadas de llevar los registros, controles y aprobaciones por un
lado, y por otro lado, sobre los interesados, que deben realizar el proyecto, instalación y
mantenimiento a través de profesionales matriculados.
Con el objeto de minimizar estas cargas sobre ambos bandos de la cuestión, e implementar un
régimen de incentivos de la manera más sencilla, se presentan dos soluciones posibles y
simultáneas. Para minimizar la cantidad de papeles presentados por el interesado y solicitados por
APRA, se diseñó una planilla en Excel que automáticamente autoriza o no la ejecución del proyecto
sin requerir la evaluación de personal. Por otro lado, se presenta un diagrama de flujo donde los
profesionales del tema se forman en centros educativos existentes y solo interactúan con APRA en
la planilla en cuestión, minimizando costos, burocracia y requerimiento de personal especializado.
Flujo de organización
El esquema de organización propuesto se muestra en la figura 1.
Figura 1. Flujograma para la presentación y aprobación de un proyecto con
energías renovables según la propuesta de reglamentación de la Ley 4024.
El interesado presenta un proyecto de sistema solar térmico o fotovoltaico a través de un profesional
matriculado. Este es el encargado de presentar la planilla correspondiente vía web, que se muestra
en la figura 2 y donde se especifican los siguientes parámetros:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Curva de rendimiento del colector que compone el sistema
Área de colectores que compone el sistema
Inclinación y orientación de los colectores
Ábaco de asoleamiento y proyección de sombras de edificios aledaños
Aplicación del sistema solar térmico: agua caliente sanitaria, calefacción o ambos.
Cantidad de viviendas que atenderá el sistema propuesto
MEMORIA DE CÁLCULO A PRESENTAR PARA SOLICITAR INCENTIVO
LEY 4024
Ordenada al origen ( K 0 ) basado en área bruta [adimensional]
0,75
3
Pendiente (U t o K 1 ) basado en área bruta en [W/m 2 K]
2
4
0
45
1
Área de colectores en [m ]
Orientación de colectores (0º Norte;45º este;-45º oeste;180 sur)
inclinación de colectores (entre 0º y 90º)
Numero de viviendas a suministrar (3,5 personas/vivienda)
Uso del sistema solar termico 1 = Agua caliente sanitaria 2 = Calefacción 3 =
Ambos
1
Pérdidas por sombra de los alrededores (0% sin sombras)
90
0
10
70
20
60
30
50
40
40
50
30
60
20
70
10
80
0
Ángulo cenital
Altura solar
MEDIODIA SOLAR
80
90
-120
-105
-90
-75
-60
-45
-30
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
-15
0
15
30
45
60
75
90
105
120
Pérdidas en %
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Figura 2. Modelo de planilla a presentar vía web por el
profesional matriculado.
En base a los datos ingresados, la planilla calcula automáticamente:
1) Ahorro energético, mensual y anual, esperado debido al uso del sistema solar (térmico o
fotovoltaico)
2) Ahorro económico, mensual y anual, esperado debido al uso del sistema solar (térmico o
fotovoltaico)
3) Irradiación solar perdida debido a las sombras
4) Perdidas debido a la desviación de la inclinación y orientación para cada aplicación
5) Maxima area possible a installer
6) Viabilidad del proyecto SI/NO
6LHOSUR\HFWRHVYLDEOHXQDFDVLOODVHHQFLHQGHPRVWUDQGRHOPHQVDMH³HVYLDEOH´ORRSXHVWRRFXUUH
en el caso contrario. El estado del trámite puede seguirse vía-web. Si el proyecto es viable, se
calculan los incentivos en base al ahorro estimado. Se otorga el certificado de aprobación vía-web y
puede comenzar el proyecto. Tanto la presentación, como el diseño y ejecución del trámite es
realizado por profesionales formados específicamente en la temática y matriculados en un registro
especial creado por APRA. Para mantener la cadena de calidad, desde el producto hasta la
instalación y mantenimiento, es necesario que los colectores y tanques a utilizar se encuentren
ensayados por laboratorios acreditados bajo la norma IRAM 301 o ISO 17025.
Los colectores, tanques y paneles fotovoltaicos deberán cumplir con la normativa IRAM existente.
Dado que la infraestructura de calidad para realizar todos los ensayos pertinentes está en desarrollo
en diversas instituciones, durante los primeros dos años de vigencia, APRA aceptará ensayos
realizados por laboratorios no acreditados. En el caso de colectores importados, los importadores
deberán presentar los certificados de origen pertinentes, especificando lotes y números de serie
certificados por entidades acreditadas. Luego de los primeros dos años de vigencia de la ley, se
aceptará tecnología ensayada solamente por laboratorios acreditados.
Los profesionales serán formados en la temática específica en instituciones designadas por APRA.
Como se explicará más adelante, la automatización del cálculo de la planilla es posible gracias a
que existe toda la información necesaria en nuestro país. Los datos de irradiación solar en el plano
horizontal están disponibles a partir del trabajo que realiza la gente de la UNLU. El consumo de gas
para agua caliente sanitaria, cocción y calefacción para diversos tipos de usuario está disponible a
partir del análisis de consumo que ha realizado ENARGAS durante los últimos 13 años. La
estimación de la energía que produce un área de colectores solares especifica o de paneles
fotovoltaicos se realiza por métodos largamente probados.
A continuación se detalla cada uno de ellos.
Estimación de la irradiación solar en un plano orientado e inclinado arbitrariamente
Para el cálculo de la radiación solar incidente en plano orientado e inclinado arbitrariamente, se
utilizó el método de Klein y Theilacker [1], detallado en el libro de Duffie y Beckman [2]. Este método
parte de la irradiación media mensual medida y permite obtener una estimación suficientemente
exacta de la irradiación que se espera en el plano de interés.
Para este método, la relación de la irradiación media mensual en el plano inclinado con respecto a
la del plano horizontal está dada por la ecuación (1):
HT
H
D
H d § 1 cos E ·
§ 1 cos E ·
˜¨
¸ U ˜¨
¸(1)
2
2
H ©
¹
©
¹
Donde,
H T , es la irradiación media mensual en el plano inclinado, H , es la irradiación media mensual en
el plano horizontal proveniente de mediciones reales y análisis estadístico [3], H d , es la irradiación
difusa media mensual en el plano horizontal, E, es la inclinación del plano en cuestión, U, es el
albedo de la superficie donde se ubica el plano y el parámetro D se obtiene con la ecuación (2):
D
½
­max0, G Zs s, Zs r si Zs s t Zs r
¾(2)
®
¯max0, >G Zs s,Zs G Zs , Zs r@ si Zs r ! Zs s¿
Donde, la función G Z1 , Z 2 está dada por la ecuación 3, los parámetros a, a´, b y d están dados
por las ecuaciones 4 a 7 y los parámetros A, B, C están dados por las ecuaciones 8 a 10. Asimismo,
I es la latitud del lugar, J es el acimut de la superficie receptora de radiación con respecto al norte,G
es la declinación solar media para el mes en cuestión, E es la inclinación del plano de la superficie
receptora en cuestión y
es el ángulo solar medio de salida (y puesta con el signo opuesto) del sol
en el plano horizontal, dado por la ecuación 11.
G Z1 , Z 2 º
ª§ bA
S
·
»
«¨ 2 a cB ¸ ˜ Z1 Z 2 ˜ 180
¹
»
«©
« a cA bB ˜ s inZ1 s inZ 2 a cC cosZ1 cosZ 2 »
1 «
»
˜ « § bA ·
» (3)
2d ¨ ¸ ˜ s inZ1 ˜ cosZ 2 s inZ1 ˜ cosZ 2 »
« © 2 ¹
»
«
»
« §¨ bC ·¸ ˜ s in2 Z s in2 Z
1
2
»¼
«¬ © 2 ¹
a` a Hd
H
(4)
a 0,409 0,506˜sin(Zs 60)(5)
b 0,66090,4767˜sin(Zs 60)(6)
sin Zs SZs
˜ co sZs (7)
180
A cosEtanI˜cosJ ˜sinE (8)
d
cosZ s ˜ cos E t anG ˜ s i nE ˜ cos J (9)
B
sin E ˜ sinJ
(10)
cosI
cos1(tan(I) ˜ tan(G))(11)
C
Zs
Los parámetros Zsr y Zss se obtienen con las ecuaciones 12 a 16 y son el ángulo de salida (sunrise)
y puesta (sunset) del sol en el plano en cuestión:
Zs r
ª
AB C A2 B2 C 2 º
min«Zs , co s1
» (12)
A2 C 2
«¬
»¼
­
° Zs r
°̄ Zs r
Zs r ®
Zs s
siA ! 0 y B ! 0 ò A t B½
°
¾ (13)
en cu alq u ier
o trasitu ació °
¿n
2
2
2 º
ª
1 A B C A B C
min«Zs , co s
»(14)
A2 C 2
¬«
¼»
­
° Zs s
°̄ Zs s
Zs s ®
siA ! 0 y B ! 0 ò A t B½
°
¾ (15)
en cu alq u ier
o trasitu ació °
¿n
El método utilizado asume una distribución isotrópica de la irradiación difusa. Para mayores detalles
respecto del método utilizado, el lector es referido a la referencia [2].
Consumo de Gas para diferentes tipos de usuarios
Del análisis del consumo de gas natural en la Argentina [4,5] surgen algunas características
notables. Una de ellas es que el consumo específico de los usuarios residenciales, es decir, el
consumo diario por usuario o vivienda, tiene un comportamiento muy similar y regular en casi todo
el país. El término usuario se refiere a la vivienda conectada a la red. Según el INDEC [6], el
número de personas por vivienda, de condición media es de 3.5 personas o habitantes. Este es el
sector social que usualmente dispone de conexión a redes de gas natural. En la Figura 3 se
muestra la variación de este consumo como función de la temperatura para la mayoría de las
ciudades del país. Esta figura es representativa de prácticamente todas las regiones estudiadas,
excepto la zona sur del país.
Figura 3. Consumo de gas de usuarios residenciales en Argentina [7].
Se observa que los consumos específicos residenciales (R) tienen dependencia muy regular con la
temperatura. Este comportamiento se ha mantenido prácticamente invariante a lo largo de los
últimos 17 años e independiente del contexto económico.
A altas temperaturas medias, mayores a unos 20ºC aproximadamente, el consumo de gas es casi
constante, con una leve pendiente, este consumo está asociado al calentamiento de agua y
cocción. A esta componente del consumo residencial, lo denominaremos consumo base (Qbase). A
medida que baja la temperatura, los usuarios comienzan a encender la calefacción. Una vez que
toda la calefacción disponible está encendida, el consumo de nuevo se estabiliza a un valor de
saturación. Por lo tanto, es posible afirmar que durante el período 1993 a 2009, el comportamiento
de los usuarios R fue poco elástico y constante en el tiempo. Esto significa que los patrones de
consumo residenciales sólo dependen de la temperatura y no del tiempo.
El consumo residencial diario, se compone de un consumo base, asociado al calentamiento de agua
y cocción, que es aproximadamente constante a lo largo del año y otro consumo debido al uso de
gas para calefacción, que depende de la diferencia entre una temperatura de referencia, Tref, y la
temperatura media exterior, Tmed. Es claro que las pérdidas de calor serán proporcionales a la
diferencia de temperatura entre el interior y exterior de las viviendas y es de esperar que Tref, sea
cercana a la temperatura de confort. En general se adopta como temperatura de referencia, Tref=
18ºC. Por lo tanto, cuando se requiere calefacción, el consumo diario promedio por usuario, (QRusuario) para un día i, está dado por la ec. (16), donde T media(i) es la temperatura media mensual del
mes i, Tref =18°C y B es una constante que depende del tipo de usuario residencial y el consumo
base (Qbase)está dado por la ecuación (17):
(16)
(17)
Para mayor información acerca del método, el lector es referido a la referencia [7] y [8]. Haciendo
equivalencia e incorporando algunos factores adicionales, es posible calcular la equivalencia en
unidades de energía eléctrica para aquellos hogares que satisfacen sus necesidades energéticas a
través de electricidad.
Energía térmica generada por los colectores solares
Para estimar la energía térmica generada por un área de colectores con una curva de rendimiento
específica, se utilizó el método (F-Chart). Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo
suficientemente exacto para largas estimaciones, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo
semanal o diario. Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos, y es
perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de
calentamiento, en todo tipo de edificios, mediante captadores solares planos o de tubos evacuados.
Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables adimensionales del sistema de
calentamiento solar, para dimensionar las correlaciones entre estas variables y el rendimiento medio
del sistema para un dilatado período de tiempo.
La fracción de la demanda energética mensual que cubre una determinada área de colectores
caracterizados por su curva de rendimiento y un determinado tanque de almacenamiento. Se la
FRQRFHWDPELpQFRPR³IUDFFLyQVRODU´\HVWiGDGDSRUODHFXDFLyQ
(18)
El parámetro D1, dado por la ecuación (19), expresa la relación entre la energía absorbida por la
placa del captador plano y la demanda total de calentamiento durante un mes (Q i), obtenida a partir
del modelo de consumo de gas desarrollado y considerando un poder calorífico del gas de 9354
3
kcal/m :
(19)
El parámetro D2, dado por la ecuación (20), expresa la relación entre las pérdidas de energía en el
captador, para una determinada temperatura, y la carga calorífica de calentamiento durante un mes:
(20)
Una vez obtenido D1 y D2, aplicando la ecuación inicial se calcula la fracción de la demanda
energética mensual aportada por el sistema de energía solar.
De esta forma, la energía útil generada por el sistema solar térmico para cada mes, Qui, tiene el
valor de la ecuación (21):
(21)
Donde:
Qi = Demanda energética del mes i para la aplicación en cuestión, obtenida mediante la estimación
del consumo medio mensual de gas a partir del modelo desarrollado.
QUi = Energía útil generada por el sistema solar térmico en el mes i.
Mediante igual proceso operativo que el desarrollado para un mes, se opera para todos los meses
del año. La relación entre la suma de las energías útiles mensuales y la suma de las demandas
energéticas mensuales, determinará la cobertura anual del sistema o la fracción solar anual del
sistema, dada por la ecuación (22):
(22)
Para mayor información acerca de este método, el lector es referido a la referencia [9]
y [2].
Datos meteorológicos
Los datos meteorológicos con los que se realizaron todos los cálculos pertinentes fueron obtenidos
de las estadísticas del servicio meteorológico nacional, disponibles en: http://www.smn.gov.ar
Mes
Ene
Feb
Mar
Max
30,4
28,7
26,4
Med
25,1
23,7
21,4
Min
20,4
19,4
17
Hum.
(%)
65
70
72
Viento
(Km/h)
11.5
10.8
10
Cielo
claro
11
11
13
Cielo
cubierto
6
6
6
Prec.
9
9
9
Mm
lluvia
121,6
122,6
153,9
Abr
22,7
17,7 13,7
77
8.9
11
6
9
106,9
May
19
14,3 10,3
76
9
9
8
8
92,1
Jun
15,6
11,2
7,6
79
8.4
9
10
6
50,0
Jul
14,9
10,9
7,4
79
9.7
10
10
7
52,9
Ago
17,3
12,7
8,9
74
10.3
9
9
8
63,2
Sep
18,9
14,2
9,9
71
11.7
10
8
7
77,7
Oct
22,5
17,7
13
69
11.5
11
7
10
139,3
Nov
25,3
20,6 15,9
68
11.6
10
7
10
131,2
Dic
28,1
23,2 18,4
64
11.8
10
6
9
103,2
Anual 22,5
17,7 13,5
72
9,50
10,33
7,4
8,4
101,2
Tabla 1. Datos meteorológicos medios mensuales de la ciudad de Buenos Aires
Resultados
Haciendo un resumen de lo explicado hasta ahora, podemos definir que es posible estimar
correctamente los datos de:
A) Irradiación solar en un plano orientado e inclinado arbitrariamente en la ciudad de Buenos
Aires
B) Consumo energético de gas en cualquier vivienda en la ciudad buenos aires
C) Energía producida por un sistema de colectores solares y un tanque de acumulación en la
ciudad de buenos aires
Como consecuencia de la estimación de estos tres valores, es posible estimar el ahorro energético y
económico (en m3 de gas y $ respectivamente), que ocasionaría la implementación de un sistema solar
térmico en cualquier situación residencial de la ciudad de Buenos Aires. Al estar el ámbito de aplicación
acotado solamente a viviendas, y dado que en este caso, los parámetros de consumo de gas, radiación
solar y temperaturas asociadas están prácticamente tabulados, es posible calcular el ahorro en forma
automática y evitar tareas excesivas, tanto de los organismos de control como de los posibles usuarios.
Asimismo, este hecho permite asignar recursos a la promoción de energía solar de manera eficiente.
Evitando situaciones de aprovechamiento indebido de los mismos, como podría ser que un casa donde
viven dos personas, instale 50m2 de colectores con el fin de percibir un subsidio que esté relacionado
con el área instalada.
Discusión y conclusiones
Se ha presentado un método de ejecución e implementación de la ley 4024. En el mismo se ha
incluido el diseño del flujo de información desde los interesados a la autoridad de aplicación y
viceversa, teniendo en cuenta la minimización de los papeles necesarios y haciendo uso de
información existente acerca de la disponibilidad del recurso solar y del consumo energético en la
ciudad de Buenos Aires. Asimismo, se han incluido también los métodos y datos que deben incluir
las memorias de cálculo solicitadas por la ley en su forma actual. También se ha realizado una
planilla que considera todas las variables involucradas y define si un proyecto es viable o no en
forma automática. De esta manera se ha eliminado la burocracia excesiva y la intervención de
personal no idóneo en tareas asociadas al control de este tipo de instalaciones de energías
renovables. La misma planilla y métodos pueden ser utilizados para sistemas de energía
fotovoltaica, pero no fueron presentados en este mismo trabajo por motivos de espacio. No obstante
el flujograma y la información de entrada es la misma, cambiando solo el método de cálculo de la
producción de un área determinada de paneles fotovoltaicos.
También se expusieron los motivos por los cuales la ley 4024 no es coherente en su totalidad ni
tampoco clara en muchos aspectos. Del análisis de las dos opciones desarrolladas a partir de las
reuniones llevadas a cabo con profesionales del área por iniciativas de APRA, resulta claro que la
mejor opción es reformular la ley 4024 o bien derogarla y elaborar una nueva considerando los
errores que la misma presenta.
El trabajo técnico elaborado demuestra que en nuestro país y particularmente en la ciudad de
Buenos Aires, existe capacidad e información suficientes para desarrollar una ley que contemple
todos los aspectos del aprovechamiento de las energías renovables y particularmente la solar. De
esta manera, se sugiere la creación de una comisión específica dentro de la legislatura que con
participación de los especialistas pueda enmendar la ley en cuestión o elaborar una a la medida de
los requerimientos de la ciudad de Buenos Aires y sus habitantes.
Bibliografía
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3DEOR 'H %HQHGLFWLV \ -XOLDQ %DUWROL ³(QHUJtD 6RODU WpUPLFD HQ HPSUHVDV´
(Goodenergy SRL)
USO Y GENERACION DE ENERGIA LOCAL:
Antes que empezar a hablar sobre el trabajo en particular, me gustaría hacer una breve
descripción de la empresa que llevo a cabo dicha labor.
Goodenergy nace como un proyecto enfocado a promover la generación de energía
renovable en el mercado argentino, contribuyendo a cambiar nuestra cultura de eficiencia y
abastecimiento energético. Queremos difundir el uso de energías renovables de nuestro país,
ayudando a concientizar a la población sobre la importancia de la ecología, reduciendo la
contaminación ambiental.
Nuestro objetivo es fomentar y ser protagonistas de una transformación energética que
creemos necesaria, modificando paulatinamente las fuentes de energías actuales, que en gran
porcentaje provienen de Fuentes fósiles como el petróleo y el carbón, por fuentes Renovables como
el sol y el viento.
Para ello proveemos de equipos como paneles solares, termotanques solares, iluminación
led, entre otros. A partir de los cuales diseñamos soluciones, con ingeniería aplicada, para
satisfacer la necesidad de cada caso en particular.
Contamos con un equipo de ingenieros que realizan investigaciones y comprobaciones
científicas en el laboratorio, para probar las eficiencias de los equipos y luego implementarlas en el
mercado.
Se puede ver en las siguientes imágenes algunos de los equipos con los que trabaja la
empresa:
A continuación, en Representación de la empresa Goodenergy, paso a detallar un trabajo
que nos tocó realizar en Diciembre del año 2013.
Fuimos convocados por una empresa multinacional para hacer un diseño de un sistema de
energía solar para poder abastecer a una planta industrial que cuenta con aproximadamente 300
operarios y se duchaban en dos turnos.
Hicimos un diagnostico, donde encontramos que se utilizaba una caldera a gas para
satisfacer dicha necesidad. La cantidad de agua a calentar era de 5.000 aprox. Dado que se bañaba
un 70% del personal diario.
Si los 5.000 litros tienen que elevarse de temperatura de 10° a 60° tenemos una diferencia
térmica de 50°, para lo cual consideramos que se necesitan 1 Kilocaloría por cada litro de agua que
se eleva un grado. Haciendo el cálculo tenemos que se necesitan 250.000 Kilocalorías por día.
Si consideramos que un metro cúbico de gas nos puede brindar el equivalente de 9.300
kilocalorías, para generar 250.000 kilocalorías se necesitan aproximadamente 27 m3 de gas por
día. Lo equivalente a 806 m3 de gas por mes.
El impacto ambiental de esta solución es importante, ya que se puede observar que al
necesitar de 806 m3 de gas por mes, en el año serían cerca de 9.700 m3 de gas. Esta última cifra
puede generar en la atmosfera una emisión de 38 toneladas de CO2 al año.
Con dicho diagnostico empezamos a evaluar opciones para hacer reducir dichas emisiones
pudiendo incorporar soluciones de energía renovable, siendo en este caso el sistema solar térmico
el que consideramos más adecuado.
En principio teníamos en mente la necesidad de agua caliente de la empresa, definida en
5.000 litros por día, la radiación de energía en la zona, la cual en promedio se estimo en 4,6 (como
bien se puede apreciar en el grafico) KWh/m2/día, en base a fuentes de la nasa, la superficie con la
cual contaba el lugar y las distancias entre la superficie para disponer de los equipos solares y las
duchas.
Una vez que definimos todo lo anterior diseñamos una solución indirecta, industrializada,
con colectores solares denominados heat pipe cuyo funcionamiento se explica en el siguiente
apartado:
Heat pipe: Los tubos de vacío llenan un fluido vaporizante que no puede salir del interior del tubo y
que funciona como caloportador. Este fluido se evapora por efecto de la radiación solar y asciende
hasta el extremo superior del tubo que se encuentra a temperatura inferior. Esto hace que el vapor
se condense, ceda su energía y retome a su estado líquido cayendo por acción de la gravedad a la
parte inferior del tubo, donde al recibir más radiación, vuelve a evaporarse y comienza un nuevo
ciclo.
Cómo se puede apreciar en las imágenes, los tubos heat pipe no permiten el ingreso del
agua al tubo, sino que contienen una especie de ampolla que concentra el calor en la punto y dicha
ampolla se contacta con el agua que se desea calentar.
Mediante este sistema de calentamiento indirecto de agua se optó por hacer una instalación
de 12 equipos de 30 tubos cada uno, con capacidad para calentar 300 litros de agua por día cada
equipo, totalizando 3.600 litros en invierno pudiendo incrementar a mas de 4.000 litros de agua por
día en verano lo que equivale a cubrir un 72% de las necesidades en invierno y un 85%
aproximadamente en verano.
Los colectores que se definieron para dicho trabajo no contienen una mochila de
almacenamiento, debido a una mejor instalación y la posibilidad de un mantenimiento más simple
del sistema, el agua se almacena una vez que se calienta en tanques independientes que se
instalaron en el piso, ya que los colectores se debían instalar en un techo de aproximadamente 8
metros de altura. En resumen se puede ver en la figura como se obtiene por un lado el
calentamiento de agua por el sistema heat pipe y por el otro como se almacena dicho agua en el
taque.
Los tanques que almacenan dicho agua fueron desarrollados específicamente para tal
aplicación y constan de acero inoxidable en su interior y exterior, con un aislamiento de poliuretano
expandido para que se mantenga caliente el agua una vez que llega a dichos tanques.
Para este trabajo se dimensionaron 6 tanques de almacenamiento de 500 litros cada uno,
pudiendo almacenar en total unos 3.000 litros de agua, los cuales por la noche mantendrían la
temperatura lo mejor posible para así puedan usarse en el día siguiente.
Para hacer circular el agua del colector solar hacia el tanque de almacenamiento y
viceversa, ya que una vez almacenado, si bien se mantiene o se consume, se pueden producir
algunas pérdidas que se recuperan con una nueva circulación del agua por los colectores.
Así se definió un sistema de circulación entre el colector solar y los tanques de
almacenamiento con bombas que hacían circular el agua, programadas con sensores de
temperatura que indicaban la temperatura deseada del sistema calculada en 60 grados y la
temperatura real del agua, activando la circulación cuando necesita de temperatura y un sensor
indica que hay suficiente radiación como para accionar el sistema.
Por otra parte para poder abastecer de agua caliente en días nublados o cuando no había
suficiente radiación se pusieron como back up resistencias eléctricas de 3Kw de potencia cada una
para hacer funcionarlas en cada uno de los tanques de almacenamiento y así poder integrar en un
sistema la posibilidad de entregar agua caliente en todas las épocas del año y todos los días.
Para conectar los 12 equipos había dos posibilidades, la conexión en serie o en paralelo de
los mismos. La cual se puede graficar de la siguiente forma:
Conexión en serie:
9
9
9
9
9
9
9
La misma cantidad de agua recorre todos los colectores
Los colectores funcionan a temperaturas distintas
En los colectores con mayor temperatura de trabajo, disminuye el rendimiento (emiten
radiación y aumentan las perdidas)
Para evitar pérdidas, se aíslan mejor los últimos colectores y se les coloca doble cobertura
de vidrio (aumentan los costos)
Como la resistencia al paso del agua es mayor, este tipo de conexión no se puede utilizar
para circulación por termosifón
Es imprescindible la bomba de circulación
Si se rompe uno de los colectores afecta a toda la instalación
Ilustración de una conexión en serie:
Conexión en paralelo:
9
9
9
9
Todos los colectores tienen la misma temperatura de trabajo
Mejor rendimiento al no trabajar con temperaturas altas
Menor resistencia permite la aplicación del principio del termosifón (según tamaño de la
instalación)
Si uno de los colectores no funciona no afecta a la instalación
Conexión Mixta: En este caso se divide una parte del trabajo en conexión en serie y la otra en
conexión en paralelo:
Para el caso citado se definió hacer una conexión mixta de 6 colectores de 300 litros cada
uno, en paralelo con otra serie de 6 colectores. Luego se dividió en 2 partes el almacenamiento, ya
que 6 colectores abastecían 3 tanques (cada uno con su respectiva resistencia) y otros 6 colectores
abastecían el resto de los 3 tanques de almacenamiento.
Con esta solución los 3.000 litros de agua almacenada pueden llegar por si solo a 90° en
verano y a 55° en invierno, contemplando que ante el mayor uso y la posibilidad de que hay días
nublados o de lluvia que la intensidad del sol es menor, las resistencias pueden funcionar como
back up.
También se diseño un tablero de control por cada subsistema de 6 colectores, los cuales
tienen un dispositivo electrónico que mide las temperaturas de cada tanque de almacenamiento y
con luces indicativas para señalizar cuando se encienden las resistencias y cuando se encienden
las bombas de circulación
En cuanto a la instalación del sistema, se definió orientación norte pura, es decir que los
equipos miran al norte exactamente para aprovechar mejor los rayos del sol desde que sale el sol
hasta que se oculta en todas las épocas del año.
La inclinación de los equipos viene definida en las estructuras y al ser un techo de losa
permitió respetar dicha inclinación que se encuentra en 45° para privilegiar el uso de la radiación de
invierno que es donde más puede necesitar un apoyo y así reducir el uso de las resistencias.
El sistema en general quedo con válvulas que permiten seleccionar si se quiere usar el
sistema solar o bien la caldera que estaba anteriormente. Ya que de esta forma se puede desactivar
el solar para un mantenimiento y que exista un sistema que pueda utilizarse.
En cuanto a la conexión en sí, desde los colectores solares se trabajo con caños de
hidrobronz que son resistentes a las temperaturas y las presiones y para trasladar de los tanques de
almacenamiento a las duchas se utilizó el sistema de termofusión para poder incorporarlo al sistema
existente con las respectivas válvulas que definen si se trabajan con uno u otro sistema.
A las conexiones que estaban al aire libre se les puso el aislante térmico para reducir al
máximo las posibles pérdidas que pueden generar los cambios de temperatura.
De esta forma se puede incorporar a las empresas energía producida por fuentes
renovables, logrando una mayor conciencia responsabilidad social.
Para finalizar, me gustaría hacer una última conclusión:
Es indudable que en los últimos tiempos ha aumentado la emisión de gases efecto invernadero y
con ello se genera lo que es conocido como el calentamiento global. Se pueden mencionar como
las causa los siguientes hechos: La población mundial aumenta cada vez a pasos más agigantados,
esto hace que cada vez más personas consumen mayor cantidad de productos, para lo cual la
producción debe incrementarse para satisfacer la demanda del mercado, al hacerlo se necesita más
energía y se procesa mayor cantidad de combustibles, y por otro lado al aumentar la población la
gente va habitando nuevos lugares que antes eran descampado talando árboles si es necesario,
con lo cual este mayor consumo tiene menor cantidad de árboles capaces de transformar el CO2 en
O2. En el gráfico se puede observar como se ha incrementado la huella de carbono en los últimos
años, la cual va de la mano con el aumento del consumo de energía
En el gráfico se puede observar como se
ha incrementado la huella de carbono en
los últimos años, la cual va de la mano
con el aumento del consumo de energía
Para buscar una solución a este problema queremos fomentar el uso de Energías Renovables que
permiten tanto a las empresas como hogares disfrutar de energía, satisfaciendo sus necesidades
cotidianas, sin la emisión de CO2 que generan las fuentes convencionales de Energía
Es por eso que pensamos en contactarnos con empresas y ofrecerles soluciones para que
reemplacen gradualmente las fuentes de su consumo de energía, ofreciendo productos como
iluminación led en base a paneles solares o generadores eólicos. Dependiendo la necesidad de
cada caso en particular desarrollar el sistema más eficiente.
Como se ve en el gráfico en
Argentina el 34% de la energía
producida es consumida por el
sector industrial y el 19% por el
sector comercial. Lo cual representa
una buena oportunidad para instalar
nuestros equipos.
Es por eso que utilizando sistemas de energías renovables en todos los sectores se puede
generar energía local de forma más limpia y así aportar mucho valor en cuanto a cuidado del
medioambiente y desarrollo sustentable.
Hernán SOCOLOVSKY, Mónica MARTÍNEZ BOGADO, Jorge JAKIMCZYK,
(OHQD 0 *2')5,1 \ -XOLR & '85$1 ³352<(&72 ,5(68' $1È/,6,6 '(/
DESEMPEÑO DE INVERSORES DE CORRIENTE CONTINUA A CORRIENTE
ALTERNA PARA INYECCIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA A LA RED
(/e&75,&$'(%$-$7(16,Ï1´(CNEA / UNSAM)
RESUMEN
En el marco del proyecto Fonarsec FITS ENERGIA 008/2010 se conformó el consorcio publico-privado
,5(68' SDUD OD HMHFXFLyQ GHO SUR\HFWR ³,QWHUFRQH[LyQ GH 6LVWHPDV )RWRYROWDLFRV D OD 5HG (OpFWULFD HQ
$PELHQWHV 8UEDQRV´ (O SULQFLSDO Rbjetivo del mismo es introducir en el país tecnologías asociadas con la
interconexión a la red eléctrica, en áreas urbanas, de sistemas fotovoltaicos (FV). Una de las principales
herramientas para la ejecución del proyecto es la realización de distintas instalaciones piloto en edificios
públicos y universidades a lo largo del territorio nacional. En este trabajo, se presentan las primeras mediciones
de algunas de las instalaciones piloto del proyecto actualmente en operación. Por otra parte, se analiza con más
detalle el comportamiento de un inversor de tensión para conexión a red tanto desde el punto de vista de su
eficiencia energética como desde el punto de vista de la calidad de energía eléctrica que entrega. Dicho análisis
contempla factores relacionados tanto con la inyección de energía reactiva como la inyección de corrientes
armónicas en la red de baja tensión, tema que resulta de sumo interés para las compañías distribuidoras de
energía.
Palabras clave: sistemas fotovoltaicos, interconexión a red, ambiente urbano.
INTRODUCCIÓN
El mercado fotovoltaico (FV) mundial ha tenido un fuerte crecimiento durante los últimos años como
consecuencia de las políticas de promoción implementadas por diversos países desarrollados, que han
impulsado la instalación de sistemas FV conectados a la red de distribución eléctrica. Esto ha sido
particularmente notable en la Unión Europea, donde en el período 2000-2013 la capacidad FV neta agregada se
ubicó en el tercer lugar entre todas las fuentes de energía que conforman la matriz eléctrica, detrás de la
generación mediante energía eólica y con gas. Ello dio lugar a que en el año 2012 la contribución anual de FV
a la matriz eléctrica superara el 5% en Alemania y el 6% en Italia.
La Figura 1 muestra la evolución del mercado FV mundial en el período 2000-2013, discriminado por
regiones, junto con los países con mayor potencia FV instalada a fines de 2013. En el año 2013, la capacidad
FV acumulada instalada en el Mundo alcanzó prácticamente los 140 GWp1. Por otra parte el mercado Europeo
en 2013 tuvo una clara preponderancia por parte de la generación distribuida, es decir instalaciones en techos
de viviendas, con respecto a la generación centralizada.
Figura 1: Evolución de la capacidad FV acumulada instalada en el Mundo y países con mayor potencia FV instalada
alaño 2013 (EPIA, 2013).
Como consecuencia del crecimiento descripto, los precios internacionales de los sistemas FV y muy especialmente de los
módulos FV, han tenido una baja muy significativa en los últimos 6 o 7 años, llevando el costo de la generación FV a
valores prácticamente competitivos con la generación convencional en diversos países, estimándose que la paridad con la
red se alcanzará en la mayoría de los países durante la corriente década.
La situación en la Argentina es significativamente diferente, por el contrario, la contribución de las energías renovables 2,
excluyendo la generación hidroeléctrica de gran escala, ha sido insignificante. En particular, en 2013 la participación de la
energía eólica y solar en la matriz eléctrica fue de sólo 0,4%, provista, en su gran mayoría, por energía eólica.
Resulta, en consecuencia, imprescindible promover la diversificación de la matriz energética, en particular mediante la
introducción gradual de otras fuentes renovables de energía como la solar y eólica.
En relación al mercado fotovoltaico en Argentina, hasta el año 2009, la capacidad fotovoltaica (FV) instalada en el país
estaba mayormente ubicada en áreas rurales dispersas y alejadas de las redes eléctricas de distribución. A partir del año
2010 y como consecuencia de una serie de políticas nacionales (Ley 26.190, Programa GENREN, Res. Secretaría de
Energía N° 108/11) y provinciales de promoción que favorecieron fundamentalmente la instalación de centrales de potencia
basadas en fuentes renovables, la capacidad FV instalada en la Argentina ha crecido sustancialmente.
El primer hito en dicha dirección fue la puesta en operación de la planta FV de 1,2 MW en la localidad de Ullúm, San
Juan, en el año 2010. En abril de 2012, la empresa 360 Energy inauguró la primera planta solar de 5 MW en Cañada
Honda, San Juan, y un año después entró en operación otra planta de 2 MW en un predio contiguo. Actualmente, se
encuentra en construcción otra planta de 5 MW en el mismo predio. Este parque solar se construye en el marco de un
acuerdo de compra de energía del programa GENREN.
Por el contrario, no existen a nivel nacional regulaciones técnicas ni políticas de promoción que permitan e impulsen la
instalación de sistemas FV conHFWDGRVDODVUHGHVGHEDMDWHQVLyQ(OSUR\HFWR³,QWHUFRQH[LyQGHVLVWHPDVIRWRYROWDLFRVDOD
UHG HOpFWULFD HQ DPELHQWHV XUEDQRV´ (\UDV 5 HW DO \ 6RFRORYVN\ + GHVFULSWR HQ OD VLJXLHQWH VHFFLyQ
pretende paliar este déficit a través de la realización de acciones que contribuyan a la introducción en el país de las
tecnologías asociadas con la interconexión a la red eléctrica de sistemas solares FV distribuidos.
INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS A LA RED ELÉCTRICA EN AMBIENTES URBANOS
(OSUR\HFWR³,QWHUFRQH[LyQGHVLVWHPDVIRWRYROWDLFRVDODUHGHOpFWULFDHQDPELHQWHVXUEDQRV´DSUREDGRHQOD
convocatoria FITS 2010 ± Energía, está siendo ejecutado desde el 26 de abril de 2012 por el Consorcio IRESUD
(Interconexión a Red de Energía Solar Urbana Distribuida) conformado por dos organismos públicos, la Comisión
Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de San Martin (UNSAM), y 5 empresas privadas: Aldar
S.A., Edenor S.A., Eurotec S.R.L., Q-Max S.R.L. y Tyco S.A..
Dicho proyecto apunta a introducir en el país tecnologías asociadas con la interconexión a la red eléctrica de sistemas
fotovoltaicos (FV) distribuidos. Para ello se desarrolló la normativa técnica en el marco de la Asociación Electrotécnica
Argentina (AEA). Tomando como base la norma IEC 60364-7- ³6RODU SKRWRYROWDLF 39 SRZHU V\VWHPV´ GH OD
&RPLVLyQ (OHFWURWpFQLFD ,QWHUQDFLRQDO ,(& VH HODERUy OD UHJODPHQWDFLyQ $($ ³5HJODPHQWDFLyQ SDUD OD
(MHFXFLyQGH,QVWDODFLRQHV(OpFWULFDVHQ,QPXHEOHV´ ± Parte ³5HJODV3DUWLFXODUHVSDUDODV,QVWDODFLRQHVHQ/XJDUHV \
/RFDOHV (VSHFLDOHV´ ± 6HFFLyQ ³6LVWHPDV GH 6XPLQLVWUR GH HQHUJtD PHGLDQWH SDQHOHV VRODUHV IRWRYROWDLFRV´ /RV
puntos claves de esta reglamentación radican en los sistemas de protección, seccionamiento, o y puesta a tierra requeridos,
tanto del lado de corriente continua de la instalación como del de corriente alterna. La versión final de dicha
reglamentación fue elevada a las autoridades de la AEA, previo a su paso a discusión pública.
Por su parte, el desarrollo de herramientas de promoción (tarifa diferencial de la energía eléctrica generada con sistemas
FV, subsidios, exenciones impositivas, etc.) son temas claramente más complejos y requieren la participación de diferentes
actores tales como el Congreso de la Nación y la Secretaría de Energía. IRESUD ha participado activamente en diversas
reuniones con legisladores y con autoridades de la Secretaría de Energía, en las cuales se han analizado diferentes
alternativas para la promoción de la generación FV distribuida. Se continúa trabajando en el tema.
Se realizaron reuniones de trabajo y se participó en seminarios con la mayoría de los actores del sector eléctrico del país:
Secretaría de Energía de la Nación, Entes Nacional y Provinciales de Regulación de la Electricidad, algunas Secretarías de
Energía Provinciales, CAMMESA, ENARSA, empresas distribuidoras (EDENOR, EDESUR, distribuidoras provinciales).
La mayoría de estos organismos públicos y empresas privadas están prestando un apoyo significativo al proyecto.
La Empresa Provincial de Energía de Santa Fé (EPESF) emitió la Resolución 442/2013, mediante la cual aprueba el
procedimiento para el tratamiento de solicitudes de generación en isla o en paralelo con la red del EPESF. Cabe
mencionar que se trata de la primera resolución en el país que habilita, en particular, la conexión en paralelo con la red de
baja tensión de sistemas FV.
SISTEMAS FV PILOTO ± PRIMERAS MEDICIONES
En el marco del proyecto se instalaron o están en proceso de instalación aproximadamente 40 sistemas FV (ver
http:/www.iresud.com.ar), con una potencia total de alrededor de 100 kWp, en diferentes partes del país (Ciudad
Autónoma de Buenos Aires, 15 provincias y Base Marambio, en la Antártida Argentina) con el objeto difundir y
promover el uso de la tecnología FV conectada a red en áreas urbanas, capacitar recursos humanos, y establecer en las
diferentes regiones el contacto con la distribuidora local. En una primera etapa, la mayoría de las instalaciones están siendo
conectadas a la red interna de los respectivos edificios. Una vez conseguida la autorización de los entes de regulación y las
distribuidoras correspondientes, las instalaciones serán conectadas a la red pública. Se estima que al final del proyecto
(mediados de 2015), los sistemas piloto instalados totalizarán una potencia de entre 150 y 200 kWp, distribuidos en
sistemas de diferentes potencias instalados en viviendas y edificios públicos en numerosas localidades del país.
En esta sección se presentan los primeros resultados y conclusiones de algunos de los sistemas que se encuentran
actualmente en operación.
Sistema FV instalado en el Parque Centenario (CABA) de 1,9kW
Una de las primeras instalaciones puestas en funcionamiento en el marco del proyecto es la realizada en la Asociación
Argentina Amigos de la Astronomía, en la ciudad de Buenos Aires. La instalación esta compuesta por 8 módulos FV de la
firma SolarWorld (modelo SW240 Poly) totalizando una potencia instalada de 1,92kWp colocados con orientación norte e
inclinación 34,5º. El inversor utilizado fue un Sirio 1500X (AROS) y en el periodo 24/6/2013 al 24/6/2014 inyectó a la red
un total de 2525kWh. Se realizaron simulaciones con el software PVSyst con la configuración recientemente mencionada y
los resultados arrojaron un valor de 2632 kWh. En la figura 2 se observa una imagen del sistema instalado dentro del predio
del observatorio.
Figura 2: Sistema FV de 1,92 kWp instalado en la Asociación Argentina Amigos de la Astronomía.
Sistemas FV instalados en el edificio TANDAR del CAC (CNEA)
En el edificio TANDAR del Centro Atómico Constituyentes se instalaron 2 sistemas FV de aproximadamente
5 kWp cada uno (Figura 3). Uno de ellos es una pérgola en forma de alero y consta de 23 módulos FV de
silicio policristalino y Tedlar transparente, fabricados por la empresa italiana Brandoni Solare, configurados en
2 cadenas de 11 y 12 módulos respectivamente, conectados a un inversor AEG Protect PV 4600. La pérgola
está orientada en la dirección NNE y tiene una inclinación de 34°. La Tabla 1 muestra, para los meses de abril
a julio de 2014, el promedio diario de la energía inyectada a la red (kWh/día), la energía específica (kWh/(kWp
día)) y la radiación solar global incidente sobre plano horizontal (kWh/(m2 día)), medida mediante un sensor
de silicio de una estación meteorológica ubicada en la terraza del edificio.
Tabla 1: Promedio diario de la energía total y específica inyectada a la red por la pérgola FV de 5
kWp, en los meses de abril a julio de 2014.
Figura 3:.Sistemas FV instalados en el edificio TANDAR (CAC):(derecha);(i) pérgola FV con 23 módulos de
215 Wp,ubicada en el tercer piso del edifcicio (izquierda); (ii) 20 módulos FV de 240 Wp, ubicados en la
terraza (derecha).
Evaluación de desempeño de un inversor de 2,8 kW
El segundo sistema se encuentra ubicado en la terraza del edificio y consta de 20 módulos FV SolarWorld
SW240 de 240 Wp cada uno, orientados al N y con una inclinación de 34° con respecto a la horizontal. Esta
instalación está siendo utilizada, en especial, para evaluar el desempeño de los inversores FV de conexión a red
adquiridos en el marco del proyecto y que están siendo utilizados en las instalaciones piloto.
Durante varios meses se tuvo en operación un sistema compuesto por 12 módulos fotovoltaicos SolarWorld
SW240
conectados en serie, formando un sistema FV de 2.88kWp, y un inversor AEG Protect PV 2800 de 2,8 kW.
Desde su
puesta en marcha, los parámetros eléctricos de este sistema estuvieron permanentemente monitoreados
mediante un
analizador de red marca Dranetz, modelo BM440S.
Uno de los parámetros eléctricos más relevantes de un inversor es la eficiencia de conversión de potencia de
corriente
continua a corriente alterna. Dicha eficiencia se evalúa para distintas potencias dentro del rango completo de
operación del inversor, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4: Eficiencia del inversor AEG Protect PV2800, en función de la potencia de operación para tres días
distintos.
Se observa que los valores de eficiencia más elevados, que coinciden con la declarada por el fabricante (mayor
a 96%), se encuentran en las cercanías de la potencia nominal de trabajo del inversor. La eficiencia del inversor
se mantiene relativamente alta en un rango amplio de puntos de trabajo, apreciándose una fuerte caída en los
valores de rendimiento para potencias por debajo de aproximadamente el 10% de la nominal.
Dado que a lo largo del tiempo de operación del inversor, el punto de trabajo va cambiando dependiendo de las
condiciones de temperatura e irradiancia existe otra forma de evaluar la eficiencia de conversión de una
manera más
integral que tiene en cuenta estos factores, dicha eficiencia se denomina Eficiencia Europea y para el caso del
inversor bajo análisis su especificación es del 94%. A fin de evaluar experimentalmente esta eficiencia se
utilizaron los datos registrados de energía de corriente continua en la entrada del inversor confrontados con los
datos de energía inyectada en forma de corriente alterna. La tabla 2 presenta las estimaciones de esta eficiencia
integrada.
Tabla 2: Eficiencias integradas para los meses de abril y mayo de 2014 del inversor AEG PV2800
Además de la eficiencia del equipo, otros parámetros importantes son los que evalúan la calidad de energía que
el equipo está inyectando en la red. Entre ellos, se destacan la distorsión armónica en corriente y el factor de
potencia. Por ejemplo, para inversores que inyectan hasta 16 A por fase (es decir, hasta 3,5 kW), la cantidad
máxima de armónicos en corriente permitidos está regulada en Europa por la norma IEC 61000-3-2. Cabe
aclarar que como un inversor de tensión para conexión a red se comporta como una fuente de corriente alterna
controlada por tensión, el parámetro que lo caracteriza es su distorsión en corriente.
En la Figura 5 se observa la variación de la distorsión armónica de corriente, denominada THDI% ("Total
Harmonic
Distorsion"), definida en la ecuación (1), como función de la potencia entregada por el inversor. Como puede
apreciarse, los valores mínimos se aproximan al 3,3%, siendo éstos alcanzados cuando la potencia de trabajo
del inversor es cercana a la potencia nominal. A medida que disminuye la potencia inyectada el porcentaje de
armónicos en relación con la componente fundamental de corriente (50 Hz) va aumentando, pudiendo alcanzar
a potencias bajas valores cercanos al 30%. Debe aclararse, que en valores absolutos el valor eficaz de las
componentes armónicas va disminuyendo a medida que la potencia inyectada disminuye, pero la THDI
aumenta dado que la componente fundamental de la corriente inyectada se reduce en mayor medida. En la
figura 6 pueden apreciarse las formas de onda de la corriente eléctrica inyectada para dos escenarios
diametralmente opuestos de irradiancia, en los que se aprecia claramente la deformación (apartamiento de
señal senoidal) para el caso de baja irradiancia, es decir baja inyección.
Figura 6: Formas de onda de la corriente inyectada para dos niveles de irradiancia distintos; der: irradiancia
solar
cercana a 1kW/m2. izq: irradiancia perteneciente a un día nublado sin radiación directa. Se aprecia en este
segundo caso la señal distorsionada con un THDI mayor al 20%.
Por último, la Figura 7 muestra la dependencia del factor de potencia con la potencia de trabajo del inversor.
Se observa que para valores superiores al 20% de la potencia nominal, el factor de potencia ya supera el valor
0.95 y se aprecia un leve aumento a medida que el equipo alcanza su potencia nominal (valor cercano a 0.99).
A potencias bajas de trabajo se observa una abrupta caída del factor de potencia que logra alcanzar valores
menores a 0.5 cuando el equipo se encuentra trabajando en su umbral de operación (es decir cuando existe un
nivel de irradiancia muy bajo).
Figura 7: Factor de potencia en función de la potencia entregada por el inversor.
Sistema FV de 17 kWp en la Facultad de Informática de la Universidad Nacional de La Plata
La instalación de mayor envergadura realizada en el marco del proyecto se encuentra ubicada en la Facultad de
Informática de la Universidad Nacional de La Plata (Figura 8). Tiene una potencia instalada de
aproximadamente 17 kWp (72 módulos FV de 240 Wp cada uno), con 4 inversores (3 AEG Protect PV4600 y
1 AEG Protect PV2800), y proveerá alrededor de 22.000 kWh/año, lo cual representa aproximadamente el 5%
del consumo de dicha Facultad.
La Tabla 3 muestra, para los meses de marzo a julio de 2014, el promedio diario de la radiación solar global
incidente
sobre plano horizontal y sobre el plano de los paneles solares (kWh/(m2 día)), la energía total y específica
inyectada a la red (kWh/día y kWh/(kWp día), respectivamente), y el factor de rendimiento del sistema
("Performance Ratio"). La radiación solar sobre plano horizontal fue medida mediante un fotodiodo de silicio
incluido en una estación meteorológica Vantage Pro 2, mientras que la radiación sobre el plano de los paneles
fue estimada en base a los valores de radiación sobre plano horizontal utilizando el programa de cálculo
PVSyst V6.26. El factor de rendimiento se define como el cociente entre la energía efectivamente producida e
inyectada a la red y la energía que habría producido un sistema ideal de la misma potencia pico, trabajando
permanentemente en condiciones normales de operación bajo la misma irradiancia sobre el plano de los
módulos FV.
Tabla 3: Promedio diario de la energía total y específica inyectada a la red por la pérgola FV de 17 kWp, en
los meses de marzo a julio de 2014.
Figura 8: Pérgola FV de 17 kWp en la Facultad de Informática de la UNLP.
Sistema FV de 1,92 kWp en el Grupo de Estudios de la Radiación Solar de la Universidad Nacional de
Luján
El sistema FV instalado en la Universidad Nacional de Luján (Figura 9) está compuesto por 8 módulos FV de
240 Wp (1,92 kWp) y un inversor Sirio 1500X, de la firma italiana AROS. Este sistema está orientado al NO y
con una inclinación de 45° con respecto a la horizontal.
La particularidad de esta instalación es que se cuenta con información muy confiable de la radiación solar
global
incidente, tanto sobre plano horizontal como sobre el plano de los paneles solares, dada la gran experiencia del
Grupo de Estudios de la Radiación Solar en el tema. La disponibilidad de datos horarios de radiación solar y de
la energía inyectada a la red permite calcular el rendimiento del sistema en función de la hora del día.
La Tabla 4 muestra, a modo de ejemplo, la integral de la radiación solar, la energía generada y el factor de
rendimiento del sistema ("Performance Ratio") en el período 1 de julio al 29 de julio de 2014. La radiación
solar sobre plano horizontal fue medida mediante un piranómetro CMP11, mientras que la radiación sobre el
plano de los paneles solares se midió con una celda de referencia de la misma tecnología que las celdas de los
módulos FV, calibrada por profesionales del mismo grupo.
Figura 9: Sistema FV de 1,92 kWp instalado en la UNLu. (izq. y der.)
Sistema FV de 2,88 kWp en oficinas del EPEN, El Chañar, Provincia del Neuquén
El sistema FV instalado en El Chañar (Figura 10), provincia del Neuquén, consta de 12 módulos FV de 240
Wp cada uno, orientados al N y con una inclinación de 45° con respecto a la horizontal, y un inversor de 2,8
kW. Esta instalación está siendo monitoreada a través de las mediciones provistas por el propio inversor y,
también, mediante medidores homologados provistos por la Empresa Provincial de Energía del Neuquén. Se
trata de una de las pocas instalaciones realizadas en el marco del proyecto que fue conectada directamente a la
red pública.
La Tabla 5 muestra la energía inyectada a la red, obtenida a partir del medidor homologado y del inversor. Se
observa que la diferencia entre las 2 mediciones es inferior al 2%, lo que permite concluir que los valores
provistos por el inversor tienen una muy buena precisión. En la misma tabla se dan también los valores de la
generación diaria media y diaria media específica para los períodos indicados.
Figura 10: Sistema FV de 2,88 kWp instalado en en el EPEN.
Tabla 5: Energía inyectada a la red, obtenida a partir del medidor del EPEN y del inversor, y generación
diaria media y específica, en los períodos indicados
CONCLUSIONES
Se presentaron en este trabajo las primeras mediciones y el análisis de datos de las instalaciones piloto que
están en
funcionamiento en el marco del proyecto. En esta primera instancia los valores de energía mensual obtenidos
en las
diferentes instalaciones son compatibles con lo esperado según la bibliografía y los datos de radiación del sitio
de
emplazamiento de cada instalación. Se contrastaron además en forma satisfactoria dichos datos de generación
con los
estimados por el software de simulación PVsyst para cada instalación, tendiendo en cuenta para la realización
de las
simulaciones datos de irradiación solar registrados por una estación meteorológica instalada en la terraza del
CAC. Por otro lado se hizo énfasis en la obtención de las eficiencias de conversión de uno de los inversores de
tensión involucrados en las instalaciones del proyecto, verificándose experimentalmente los valores
especificados por el fabricante. Las eficiencias máxima y europea obtenidas fueron >96% y 94%
respectivamente.
Finalmente a fin de evaluar la calidad de energía eléctrica que el inversor inyecta en la red de baja tensión, se
utilizaron los datos registrados por el analizador de red para la determinación de dos aspectos fundamentales,
la cantidad de energía reactiva inyectada (energía no deseada que se mide a través del factor de potencia) y la
cantidad de corriente armónica inyectada por el sistema, evaluada por medio de su distorsión porcentual o
THDI. Los resultados indican que el factor de potencia permanece unitario en casi todo el rango de operación
del inversor, es decir no se inyecta potencia reactiva y solo cae para valores de inyección muy bajos. Por otro
lado, en operación cercana a la potencia nominal del equipo, la THDI medida fue del 3% tal como la especifica
el fabricante y su valor va en aumento según baja la potencia entregada por el inversor, pudiendo alcanzar
valores cercanos al 30% para niveles de inyección muy bajos. Resta aclarar que a pesar que este valor es alto,
los valores eficaces de la corrientes armónicas inyectadas son muy bajas debido justamente a la poca potencia
entregada cuando la irradiancia es muy baja.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo es financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, la CNEA,
la UNSAM y las 5 empresas integrantes de IRESUD. Las diferentes Universidades, Secretarías de Energía,
Entes Provinciales de Energía y Cooperativas que se han sumado al proyecto a través de acuerdos con la
UNSAM, han financiado parcialmente las instalaciones realizadas en los respectivos edificios.
Los autores agradecen la colaboración de los socios de IRESUD y de los profesionales y técnicos de las
Universidades, Secretarías de Energía, Entes de Regulación, Entes Provinciales y Cooperativas donde se han
realizado instalaciones. Asimismo, agradecen a los demás integrantes del Departamento Energía Solar de la
CNEA y de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la UNSAM que participan del proyecto.
Asimismo, agradecen a los demás integrantes del Departamento Energía Solar de la CNEA y de la Escuela de
Ciencia y Tecnología de la UNSAM que participan del proyecto, y muy especialmente a Gabriela I. Durán,
quien coordina las
cuestiones administrativas, contables y de difusión del proyecto.
REFERENCIAS
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http://www.cammesa.com/linfoanu.nsf/MINFOANU?OpenFrameSet
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fotovoltaicos a la red eléctrica en ambientes urbanos".
Zitzer, A. (2013), comunicación personal, y datos propios.
1 GWp indica la potencia pico de los sistemas FV, medida en condiciones normalizadas de radiación solar (1
kW/m2) y temperatura de operación (25º C) de los paneles solares.
2 Se consideran fuentes renovables según definiciones de la Ley 26.190, que excluye centrales hidroeléctricas
con potencias superiores a 30 MW.
Roberto F. Farfán, Carlos A. Cadena y /XLV79LOOD³Aplicación de lógica difusa para
la determinación del estado de carga de acumuladores eléctricos en sistemas de
SURYLVLyQGHHQHUJtDDXWyQRPRV´U.N.Sa. INENCO (CONICET))
Aplicación de lógica difusa para la determinación del estado de carga de
acumuladores eléctricos en sistemas de provisión de energía autónomos
Roberto F. Farfán, Carlos A. Cadena, Luis T. Villa
Resumen; En el trabajo se desarrolla una estrategia que permite determinar el estado de carga
(SOC) de baterías de plomo ácido utilizado en un sistema fotovoltaico híbrido (solar- convencional)
durante su proceso de carga. La determinación del SOC es importante para evitar la sobrecarga o
sobre descarga de un banco acumulador compuesto por baterías de plomo -ácido. Esta variable
permite mantener un control estricto de la energía almacenada (y en consecuencia la autonomía del
equipo), aumentando la vida útil de las mismas. Los sistemas con almacenamiento de energía
compuesto por baterías suelen incorporar un control para evitar dañarlas en los procesos de carga o
descarga. Los reguladores de carga en los sistemas fotovoltaicos, autónomos, híbridos o de
generación distribuida, necesitan esta información para aprovechar de forma eficiente la energía
generada en función del recurso solar. El sistema de referencia utiliza pulsos de corriente de
descarga y un tiempo de recuperación para determinar el SOC. La corriente de descarga genera
una diferencia de potencial en los bornes del acumulador y el corte de corriente lleva la tensión de
bornes, a la tensión de circuito abierto (Voc). Estos potenciales varían en función del estado de
carga y pueden relacionarse por medio de un sistema basado en lógica difusa. En el proceso de
carga debe medirse el SOC, y por lo tanto implementarse un sistema que permita realizar un control
en el intercambio energético del banco de acumuladores. Se utilizó un convertidor DC-DC para
controlar la corriente de descarga y programar los cortes de la misma (de muy corta duración). Para
la implementación final de la lógica de control se utilizó un microcontrolador PIC32MX320F128H,
que maneja el convertidor DC-DC y mide de forma continua las diferencias de potencial, enviando la
información sensada a una PC vía USB. El trabajo muestra resultados experimentales, que indican
un adecuado funcionamiento del sistema propuesto.
Palabras claves; FLC, Batería, Fotovoltaico.
Introducción
En los sistemas FV autónomos, debido a las variaciones en la radiación y en la demanda eléctrica,
suelen utilizarse en general sistemas de acumulación [5]. Al igual que las celdas FV, los
acumuladores son dispositivos de corriente continua compatibles con las cargas del mismo tipo,
pero no solo acumulan energía, sino que también, en conjunto con otros dispositivos de
acondicionamiento de potencia, mejoran la estabilidad de la tensión del sistema en general. Los
generadores FV se diseñan para funcionar en las inmediaciones del punto de potencia óptima,
mientras que la mayoría de las baterías no están diseñadas específicamente para los sistemas FV.
Esta hecho puede producir desacoples en el sistema, y se manifiestan en recargas insuficientes o
sobrecargas excesivas, que terminan por deteriorar la batería. Debido a estas características, es
necesario plantear un sistema de control que permita supervisar el estado del conjunto de baterías,
para mantener un estricto control en los procesos de cargas y descargas para alargar la vida útil del
banco acumulador.
En la bibliografía se encuentran diferentes técnicas para supervisar baterías, entre las que podemos
nombrar la gravedad específica [1]. La gravedad específica está relacionada con la densidad (en g /
cm3 X 1000) del electrolito de la batería de plomo-ácido, el cual es un indicador directo del estado
de carga (SOC). Sin embargo requiere de un largo periodo de estabilización después de ciclos de
carga o descarga, como resultado de la tasa de difusión lenta del electrolito [1,3]. Este
inconveniente limita el uso de la técnica para controles de rutina. El voltaje de circuito abierto de las
celdas que componen la batería, está relacionado con la concentración de ácido en las placas. De
manera que el voltaje de circuito abierto totalmente estabilizado, es un indicador preciso del estado
de carga, sin embargo presenta la misma debilidad de la técnica anterior, el largo período de
estabilización [1].
La espectroscopía de la impedancia es un método experimental en el dominio de la frecuencia que
puede ser utilizado para caracterizar los sistemas electroquímicos. La técnica consiste en la
aplicación de una perturbación senoidal de potencial eléctrico de frecuencia a la batería y registrar
la respuesta en corriente dentro de una celda electroquímica. La información obtenida permite
calcular la impedancia, que varía con la frecuencia del potencial aplicado. Por consiguiente, si se
hace una medida de impedancias en un rango de frecuencias adecuado, por medio de los
resultados es posible relacionar la información obtenida con las propiedades físicas y químicas de
un banco de baterías, entre ellos el SOC. Entre los diferentes métodos también se encuentran
aquellos denominados de interrupción [2,3,9,10]. El ensayo consiste en interrumpir la corriente
bruscamente durante el funcionamiento de una batería y estudiar el transitorio de tensión en el
instante de la interrupción de corriente. De la misma forma puede interrumpirse la corriente del
sistema y aplicar pulsos de descarga. En ambos casos, por medio de un análisis de la variación de
tensión puede obtenerse los parámetros vinculados con el modelo eléctrico de batería, que están
relacionados con el estado de carga.
En el trabajo se implementaron ensayos de interrupción, realizando pulsos descarga y por medio de
la información encontrada, se desarrollo un FLC que permita determinar el SOC [8].
MODELO DE BATERÍA
Un modelo de circuito equivalente para un conjunto de baterías se observa en la figura 1 [6,9,10]. El
capacitor Cb representa la capacidad de almacenamiento del conjunto de batería, el capacitor Ccs
representa los efectos de difusión de la batería. Resistencias Ri y Rt representan la resistencia
interna y la resistencia de polarización, respectivamente. Los voltajes a través del condensador y el
condensador de mayor superficie se denotan por Vcb y Vcs. El voltaje de terminal de la batería y la
corriente del terminal se denotan por V0 e ibat, respectivamente.
Figura1. Modelo de batería.
El circuito de la figura 1 suele utilizarse en diferentes para modelar un conjunto de baterías, y en
alguno de ellos se plantea una respuesta fraccionada como se observa en las siguientes
expresiones [6].
Si V0 < n Vg
(1)
(2)
(3)
Si V0 >= n Vg
(4)
(5)
(6)
En las expresiones n, se indica el número de celdas en serie y Vg el voltaje de gaseo. En ambas
situaciones se cumple las siguientes expresiones.
(7)
(8)
SISTEMA DE CONTROL BASADO EN LÓGICA DIFUSA.
Los FLC necesitan ordenar su estructura lógica en el Núcleo de Inferencia Difusa. En el Núcleo
encontramos tres bloques, donde cada uno de ellos cumplen una determinada función dentro del
algoritmo, el bloques denominado Fuzzyficador, Base de Reglas y el Defuzzyficador, como indica la
figura 2 [4].
Figura 2. Esquema de un Controlador Difuso FLC.
Las variables que ingresan al Núcleo son valores de entrada no difusas, siendo estas señales
eléctricas que brindan información del sistema FV y que se las obtiene mediante conversión A/D.
Las entradas ingresan al bloque Fuzzyficador, definiéndose en él los distintos conjuntos difusos
denominados de entrada, que se encargan de transformar el valor no difuso de entrada en uno
difuso. La información Fuzzyficada ingresa al bloque Base de Reglas, donde se relacionan los
conjuntos difuso de entrada con un conjunto difuso de salida mediante un grupo de sentencias. La
información obtenida del bloque Base de Reglas ingresa al Bloque Defuzzyficador para transformar,
ésta entrada difusa en un valor no difuso a la salida del núcleo, utilizándose una función
denominada de membresía para tal fin. En estos bloques se definen las Funciones de Pertenencia,
los Dispositivos de Inferencia y las funciones de Membresía, formando la Base de Conocimiento del
sistema.
Un FLC puede desarrollarse utilizando el conocimiento de un experto o utilizando un sistema de
aprendizaje. Los FLC que desarrollan sus reglas en función del conocimiento de un experto se
denominan controladores sin optimización. Una aplicación habitual para este tipo de controlador es
su implementación como controladores del tipo proporcional (P), integral (I), proporcional-derivativo
(PD) o proporcional-integral (PI), de acuerdo a las variables de entrada que se implementen en el
FLC. Estos controladores pueden utilizase para reemplazar los controladores P, I, PI o PD
convencionales y sus reglas se desarrollan utilizando como variables de entrada el error, la derivada
del error o su integral [4].
Los controladores que desarrollan sus reglas en función de un sistema de aprendizaje se
denominan controladores con optimización. Para esta implementación se necesita de información o
datos de las variables que se desean relacionar. Cuando el sistema de aprendizaje ajusta las
funciones de la base de conocimiento implementando información, el aprendizaje se denomina
supervisado. Esta es una característica que asemeja a los FLC a los sistemas de redes neuronales,
de forma que ambos sistemas pueden utilizarse como aproximadores funcionales genéricos. Los
sistemas basados en lógica difusa permiten utilizar de forma sencilla el conocimiento de los
expertos o bien puede optimizar su base de conocimiento a través del aprendizaje supervisado,
ambos planteos se utilizan en el trabajo.
SISTEMA DE CONTROL PLANTEADO
El sistema de control planteado en el trabajo implementa un pulso de descarga para determinar el
estado de carga de la batería. En la figura 3 se observa un esquema en donde se representa el
pulso de descarga, en dos gráficos temporales donde se esquematizan la corriente y la tensión de
bornes en la batería.
Figura 3. Esquema en donde se representa la variación de V0 e ibat en el pulso de descarga.
En la figura 3 se observan 5 regiones, en las cuales se indica las tensiones que se utilizaran como
entrada para el sistema FLC. El transitorio del pulso de descarga se puede relacionar de forma
directa con el estado de carga, ya que las variaciones de tensión dependen de las variables
descriptas en las expresiones del modelo, las cuales se relacionan con el SOC. En la región 1 se
observa una corriente de carga y como consecuencia de la misma, el aumento de la tensión de
bornes de la batería. En la región 2 el sistema corta la corriente durante un segundo. En la región 3
se realiza un pulso de descarga de 1A durante un segundo y se toma la primera tensión de entrada
V1. En la región 4 se corta nuevamente la corriente durante un segundo y se toma la segunda
tensión V2. En la región 5 el sistema vuelve a tomar la corriente de carga de la fuente.
Las tensiones V1 y V2 ingresan como variables de entrada al FLC, para cada variable se definió un
conjunto difuso de entrada. Para los conjuntos difusos de entrada se debe definir un universo de
discurso de acuerdo a los valores de tensión V1 y V2 determinados en ensayos o de acuerdo a la
información que provee el fabricante. En los conjuntos difusos de entrada y salida se realiza una
partición solapada por medio de seis subconjuntos, como se observa en la figura 4.
Figura 4. Conjunto difusos de entrada y salida.
Los conjuntos de entrada se relacionan con un conjunto de salida denominado estado de carga [8].
En las siguientes figuras se observa la definición de las funciones de pertenencia y la matriz que
relaciona a los conjuntos.
Figura 5. Conjunto de reglas definidas para la determinación del estado de carga.
Puede observarse que el sistema plantea un conjunto de sentencia como la que se observa a
continuación.
Si V1 es V15 y V2 es V25 entonces SOC es SOC5
Esto significa que si la tensión de pulso es alta y la tensión de circuito abierto es alta, el estado de
carga es alto. Pero también puede observarse que en la misma matriz se plantean sentencias que
no pueden cumplirse en una batería que se encuentra en buen estado, como la que se observa a
continuación.
Si V1 es V10 y V2 es V25 entonces SOC es SOC0
Esto significa que si la tensión de de pulso es baja y la tensión de circuito abierto es alta, el estado
de carga es bajo. En general, este caso no es posible a menos que la batería este dañada. Por lo
tanto, el sistema puede determinar si la batería puede utilizarse o no, si se encuentra dañada
mediante el sistema de determinación del estado de carga [8].
RELACIÓN ENTRE LA TENSIÓN Y EL ESTADO DE CARGA
Para la determinación del estado de carga puede utilizarse la tensión de circuito abierto. En el
gráfico de la figura 2, se observa que la tensión V2 corresponde a la tensión de circuito abierto no
estabilizada, que junto a V1 se vinculan con el SOC por medio de un conjunto de reglas. Algunos
trabajos utilizan las tensiones V1¶ \ 92¶ PDUFDGas en la figura 2. Para nuestra aplicación estas
tensiones no pueden utilizarse, ya que la variación de V2¶ GHSHQGH GH OD FRUULHQWH GH FDUJD
magnitud que es variable en un sistema FV. Esto significa que la determinación del SOC dependerá
de las tensiones V1¶92¶ \WDPELpQGHODFRUULHQWHGHFDUJDYROYLHQGRDODGHWHUPLQDFLyQGHO62&
más compleja. Por otro lado, un pulso de corriente en el proceso de carga no es conveniente en una
aplicación FV, ya que la determinación del SOC se condiciona solo en los momentos en donde hay
irradiancia. Sin embargo, es sabido que uno de los momentos críticos en un sistema FV autónomo
se produce cuando el recurso solar es escaso y en mementos se vuelve trascendente la supervisión
del estado de la batería para evitar sobre descargas.
El voltaje de circuito abierto se encuentra relacionado con la concentración de ácido en las placas,
esto significa que el voltaje de circuito abierto totalmente estabilizado es un indicador preciso del
SOC. En diferentes trabajos relacionan una batería completamente cargada con una gravedad
específica estabilizada de 1.270, mientras que una batería descargada con un valor de gravedad
especifica estabilizada de 1.100 [1]. Cada uno de estos valores de gravedad específica se
encuentra relacionado con un valor de tensión de circuito abierto estabilizado. El periodo de
estabilización suele variar en diferentes rangos, en el trabajo se utilizó un período de descanso de
30 min. La expresión matemática que relaciona la tensión de circuito abierto estabilizada y la
tensión sin estabilizar se encuentra representada en la siguiente expresión [3].
(9)
En donde;
V0_est=tensión en circuito abierto totalmente estabilizado
V1= tensión de pulso.
Į= constante.
ȕ FRQVWDQWH
El estado de carga de una batería con la tensión de circuito abierto estabilizado se relaciona por
medio de la siguiente expresión [3].
(10)
En donde, \įVRQFRQVWDQWHTXHGHEHQGHWHUPLQDUse. La información obtenida de los pulsos de
tensiones y los estados de carga se incorporan como información al FLC para determinar el SOC.
DISEÑO DEL PLANO DE CONTROL PARA EL FLC
Para la determinación de las tensiones V1 y V2 se diseño un sistema como el que se observa en la
figura 6.
Figura 6. Sistema DC-DC implementado para realizar pulsos de descarga.
En la figura se observa un circuito conmutado de alta frecuencia similar a la configuración boost. El
funcionamiento del convertidor puede dividirse en dos etapas, cuando el MOSFET conduce
corriente o está cerrado y cuando no conduce corriente o está abierto. El MOSFET actúa como un
interruptor, al cerrarse polariza el diodo en inversa, produciendo almacenamiento de energía en el
inductor debido al crecimiento de la corriente [7]. Al abrirse el MOSFET el diodo se polariza en
forma directa, conectando el inductor y la resistencia, de manera que la energía almacenada se
disipe en la misma.
El MOSFET IRF3205 se implemento en el convertidor, se trabajo con un periodo de PWM de 0,0001
segundos y una inductancia de 50µH. En la implementación final de la lógica de control se utilizó un
microcontrolador de Microchip® PIC32MX320F128H. Entre sus principales características se puede
nombrar sus 32-bit, una Flash de 128K y una SRAM de 16K. Para la comunicación entre el
microcontrolador PIC y la PC vía USB, se utilizo el chip FT232R. La conexión USB puede utilizarse
para enviar información desde una PC al microcontrolador o recibir información del sistema que se
está ensayando a través del microcontrolador. En el trabajo se utilizó esta propiedad para controlar
el convertidor y almacenar en una PC la información sensada. Las magnitudes medidas en el
sistema son; Tensión de batería (Vbat) y Corriente de batería (ibat).
La PC utilizada incorpora un sistema operativo UBUNTU, que trae LQVWDODGR GLIHUHQWHV ³GULYHUV´,
entre los que se puede citar el microcontolador 18f2550/4550 y el chip FT232R. Los dispositivos que
utilizan estos chips para la comunicación con una PC vía USB, son reconocidos en forma directa al
conectarse y pueden manipularse a través de las diferentes herramientas que brinda un sistema
operativo LINUX. La manipulación de estos dispositivos puede realizarse de diferentes maneras, por
medio de una consola del sistema operativo utilizando los comandos ECHO o SCREEN, diseñando
un programa en algún lenguaje como C o C++ entre otros, utilizando programas ya diseñados como
SERIAL PORT TERMINAL o diseñando un programa desde la SHELL.
Para el control de corriente en el pulso de descarga, se implemento un sistema de control PI en el
microcontrolador. Un controlador PI actúa en función de una variable de entrada denominada error,
obtenida de la resta entre el valor de la corriente ibat sensada y el valor de referencia que se desea
alcanzar (1A). La ecuación analítica de la señal de control para un controlador PI se observa en la
siguiente expresión.
(11)
En la expresión u(t) y e(t) representan la señal de control y la señal error respectivamente, mientras
que Kp y Ti son parámetros que deben determinarse. En la figura 7 se observa la variación de
corriente a medida que el sistema de control PI busca estabilizar la corriente de descarga en 1A. El
sistema de control actúa en función del promedio de la corriente en 0.002s, a medida que el
microcontrolador cambia el PWM.
Figura 7. Puso de descarga de corriente implementado por el control PI.
En los ensayos realizados se utilizó una batería del tipo EDNA de 160Ah. En la misma se aplicaron
diferentes pulsos de descarga, relacionándose la tensión V2 con la tensión estabilizada y el estado
de carga obtenido por medio de la densidad estabilizada. En la figura 8 se observa la relación entre
la tensión de circuito abierto después del pulso de descarga (V2) con la tensión estabilizada.
Figura 8. Relación entre la tensión de pulso V2 y la tensión estabilizada.
En la siguiente grafico se observa la relación entre la tensión estabilizada y el estado de carga.
Figura 9. Relación entre la tensión estabilizada y el estado de carga SOC.
La información obtenida de los ensayos se utilizó para definir las funciones de los conjuntos difusos
de entrada y armar la matriz del FLC para determinar el SOC. En la figura 10 se observa el plano de
control del sistema propuesto.
Figura 10. Plano de control para la determinación del estado de carga SOC.
MEDIDAS EN UN SISTEMA FV
El sistema propuesto para la determinación del SOC se puso a prueba en un sistema FV autónomo.
El sistema contiene dos paneles FV de 80Wp y en el ensayo se midieron: irradiancia en el plano de
los paneles FV, tensión de batería, corriente de batería, temperatura ambiente y temperatura en la
cara posterior al panel
FV. En la
figura 11 observa la
medida
de la irradiancia en el
ensayo
realizado.
Figura 11. Irradiancia en el plano de los paneles FV.
La temperatura ambiente (Ta), la temperatura en la cara posterior del panel (Tp) y la temperatura de
celda, se observa en la figura 12. La Ta y la Tp se obtuvieron de medidas directas por medio de dos
sensores LM35, mientras que la Tc se la obtiene de forma indirecta. Estas magnitudes se relacionan
con la potencia generada por los paneles FV, es por ello que este conjunto de variables se mide en
los ensayos [5].
Figura 12. Medidas de la temperatura ambiente (Ta), en la cara posterior al panel (Tp) y celda (Tc).
La potencia generada por los paneles FV se pude obtener del producto de la corriente que ingresa a
la batería en la carga y la tensión de bornes V0. Estas magnitudes se observan en las figuras 13 y
14.
Figura 13. Corriente que ingresa inyectada por lo paneles FV a la batería.
Figura 14. Tensión de bornes de batería (V0).
En los ensayos se realizaron pulsos de descargas cada 10 minutos y se registraron los estados de
carga que se observan en la figura 15 (SOC_flc). La información obtenida de los ensayos se
comparó con los estados de carga obtenidas de simulaciones (SOC), implementado el modelo
descripto. Para las simulaciones se utilizó el software Scilab, y en la figura 15 se observan los
resultados.
Figura 15. Estados de carga medidos (SOC_flc) y simulados (SOC).
CONCLUSIONES.
En el trabajo se implementó un sistema para la determinación del estado de carga SOC por medio
de un FLC. Para su implementación se realizaron diferentes ensayos aplicando pulsos de descarga.
La información obtenida permitió definir un conjunto de reglas que pueden apreciarse en el plano de
control final del sistema FLC. La determinación del estado de carga se observa que es adecuada,
de acuerdo a los ensayos realizados. Es importante remarcar que el sistema de control propuesto
funciona adecuadamente para el tipo de baterías ensayadas y que en trabajos futuros se desea
ampliar el sistema de control para determinar el estado de vida de una batería.
BIBLIOGRAFIA
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Fang Lijin, 2008. A Battery State of Charge Estimation Method using Sliding
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[10] Zhang Fei, Liu Guangjun ,
Cristian Lucas Wallace y &KULVWLDQ1DYQWRIW)DELDQ*DUUHWD³Discos de irradiación solar para
la determinación de inclinaciones y orientaciones óptimas de instalaciones solares térmicas
y fotovoltaicas para la ciudad de buenos aires.´ (UTN-FRLP)
INTRODUCCIÓN
La industria de la energía solar ha experimentado un crecimiento sin precedentes en los últimos
años. A principios de 2010, más de 100 países tenían algún tipo de políticas de promoción de la
energía solar, ya sea para producción de calor a través de colectores solares o de electricidad a
través de paneles fotovoltaicos [1]. Para poder articular la creciente demanda del mercado, las
múltiples formas de instalación y simplificar la tarea de los organismos de control, se crearon
lineamientos técnicos básicos que cada instalación solar térmica debe cumplir para poder obtener el
beneficio o incentivo. Uno de esos lineamientos consiste en exigir que el colector o panel sea
instalado con una orientación e inclinación tal que las pérdidas anuales de radiación solar sobre el
plano no sean mayores al 10% para agua caliente sanitaria, 20% para climatización y 40% para
integración arquitectónica, como lo especifica el pliego de condiciones técnicas de instalaciones
solares térmicas exigido por el código de la edificación de España [2]. Para poder controlar de forma
VHQFLOODHVWHUHTXLVLWRVHFUHyORTXHVHOODPD³disco de irradiación solar´. El mismo no solo indica
cual es la mejor inclinación/orientación para una latitud determinada, sino que además informa
cuanta energía se pierde con respecto al máximo, a medida que la inclinación/orientación se aparta
de la óptima. Es una herramienta que está siendo utilizada cada vez por más legislaciones de
promoción de energía solar debido a la sencillez de su uso y la validez de su resultado. Ejemplo de
ello es el código técnico de la edificación de España, que ha incorporado el mismo a la hora de
autorizar un proyecto de energía solar térmica [2]. A nivel regional, Uruguay lo ha implementado en
sus políticas de promoción de energía solar térmica [3].
Dado que las características de la irradiación solar son dependientes de la localización, es
necesario que cada país construya sus propios discos. En países de poca extensión latitudinal y
clima relativamente homogéneo, es suficiente con un solo disco. En el caso de países de gran
extensión latitudinal y clima heterogéneo es necesario generar más discos.
La mayoría de los países donde existe un aprovechamiento de la radiación solar cuenta con bases
de datos de irradiación media mensual y media anual en el plano horizontal. A través del uso de
métodos conocidos, es posible estimar la irradiación solar en un plano inclinado y orientado
arbitrariamente en cualquier dirección. En este caso, se pueden obtener medias horarias, medias
diarias, mensuales o anuales con diferentes procedimientos, siempre partiendo de la irradiación en
el plano horizontal. Es cierto que desde la ingeniería, resulta relativamente sencillo volcar las
ecuaciones implicadas en una planilla de cálculo y estimar el valor de irradiación bajo la condición
deseada, No obstante, desde el punto de vista de los organismos de control y más aún en políticas
de promoción, este cálculo no resulta tan sencillo. El disco de irradiación solar es una herramienta
de gestión de políticas de promoción de la energía solar. Es la forma más sencilla de evaluar si la
inclinación y la orientación de un conjunto de colectores es adecuada. Muchas veces, la orientación
e inclinación de los techos y fachadas donde se instalan colectores solares o paneles fotovoltaicos
no son los adecuados para ese uso y la implementación de esta tecnología resulta en una
instalación deficiente. Para corroborar la viabilidad de la inclinación y orientación seleccionada, el
organismo de control debería calcular mes a mes, las ganancias y las pérdidas de irradiación solar
debido a la inclinación y orientación del conjunto. Este trabajo debe ser realizado por doble partida,
siendo por un lado por el que presenta un proyecto y por otro el que lo evalúa desde el organismo
de control, generándose así una doble carga de recurso humano especializado y exceso de papeles
y burocracia.
La sencillez de uso del disco de irradiación solar es su fortaleza y la razón por la cual ha sido
implementado en tantos regímenes de promoción solar alrededor del mundo. Desde el lado del que
presenta un proyecto, solo basta con marcar una línea sobre el mismo, indicando inclinación y
orientación del conjunto de colectores o paneles. Desde el lado del organismo de control, solo basta
con revisar si esa la línea cae dentro del disco del 90% de la energía anual, es decir, permitiendo
solo un 10% de pérdidas anuales. Con el uso del disco de irradiación solar como herramienta de
gestión, no solo se simplifican los papeles a presentar, sino también las tareas del organismo de
control. Esta herramienta permite agilizar el control sobre las inclinaciones y orientaciones de
sistemas de aprovechamiento de la energía solar, evitando instalaciones mal realizadas y evitando
errores humanos y requerimiento de recursos humanos altamente especializados en el tema.
Para que el disco sea utilizado correctamente, es necesario que el mismo sea representativo de la
climatología asociada. De esta manera, en este trabajo se presenta el disco de irradiación solar
para la ciudad de Buenos Aires. Asimismo, se exponen los criterios técnicos para su determinación
y los modelos de distribución de la radiación solar utilizados a tal fin. Estos resultados forman parte
de un trabajo mayor que contempla la elaboración de discos de radiación solar para cada una de las
provincias del país.
PALABRAS CLAVE: disco de irradiación solar,
orientación, inclinación.
colector solar térmico, panel fotovoltaico,
MATERIALES Y METODOS
Para elaborar el disco de irradiación solar, es necesario conocer como varía la radiación solar en
función de la inclinación y orientación del plano de interés. Para este propósito existen varios
métodos que requieren diferente información de base.
En nuestro país se cuenta con base de datos de irradiación media mensual en el plano horizontal
como información de base. A partir de estos datos, es posible utilizar dos métodos, que difieren
entre sí en la forma de considerar isotrópica o anisotropica a la radiación difusa. A los fines
prácticos de la aplicación del disco de irradiación solar y la información de base existente, es
suficiente considerar en forma isotrópica a la radiación difusa. Si existiera una mayor cantidad
estadística de datos medidos en diferentes localidades a diferentes inclinaciones y orientaciones,
entonces tendría sentido considerar la anisotropía de la radiación difusa.
De esta manera, en esta sección se desarrollarán todos los cálculos relacionados a la confección
del disco de irradiación de la ciudad de buenos aires a partir el método KT, desarrollado por Klein y
Theilacker [4] que considera la radiación solar difusa en forma isotrópica.
Modelo KT (Klein ± Theilacker)
Este método asume la isotropía de la radiación difusa y de la reflejada por el suelo. El
método, también llamado método K-T, propone que el valor a largo plazo de la relación de la
radiación solar en la superficie inclinada y orientada arbitrariamente con la radiación solar en el
plano horizontal ( ) puede ser calculado integrando la insolación sobre superficie inclinada,
, y
sobre superficie horizontal, G, desde la salida y hasta la puesta de sol para todos los días de cada
mes y para varios años, para sumar todo al final como se muestra en la ecuación (1):
(1)
La resolución de las integrales anteriores para una superficie de cualquier orientación (J)
entrega el factor de corrección que se compone esencialmente de tres partes: 1) Radiación solar
directa, 2) radiación solar difusa y 3) radiación solar reflejada como se muestra en la ecuación (2).
Es importante notar que para orientaciones distintas de 0° ó 180°, los tiempos de salida y puesta de
sol para la superficie inclinada una ángulo E, no son simétricos respecto del mediodía solar.
(2)
H es la irradiación media mensual en el plano horizontal proveniente de mediciones reales y
análisis estadístico, H d , es la irradiación difusa media mensual en el plano horizontal, pudiendo ser
ésta medida o estimada, E, es la inclinación del plano en cuestión, U, es el albedo de la superficie
donde se ubica el plano y el parámetro
D se obtiene con la ecuación (3):
(3)
Donde, la función G Z1 , Z 2 está dada por la ecuación 4, los parámetros a, a´, b y d están dados
por las ecuaciones 5 a 8 y los parámetros A, B, C están dados por las ecuaciones 9 a 11. Asimismo,
I es la latitud del lugar, J es el acimut de la superficie receptora de radiación con respecto al
norte, G es la declinación solar media para el mes en cuestión, E es la inclinación del plano de la
superficie receptora en cuestión y
es el ángulo solar medio de salida (y puesta con el signo
opuesto) del sol en el plano horizontal, dado por la ecuación 12.
(4)
a` a (5)
H
a 0,409 0,506˜sin(Zs 60)
(6)
b 0,66090,4767˜sin(Zs 60)
(7)
d
B
Hd
sin Zs SZs
(8)
˜ co sZs
180
A cosEtanI˜cosJ ˜sinE
(9)
cosZ s ˜ cos E t anG ˜ s i nE ˜ cos J
(10
)
C
sin E ˜ sinJ
cosI
(11
)
(12
Zs cos1(tan(I) ˜ tan(G))(11)
)
La integración de la ecuación (2) comienza a la salida del sol sobre el plano inclinado o
sobre el plano horizontal, lo que suceda más tarde. La integración termina en la puesta de sol sobre
el plano inclinado o sobre el plano horizontal, lo que suceda antes. Los ángulos horarios de salida y
puesta del sol para el plano inclinado, Zsr y Zss se obtienen de las ecuaciones 13 a 16.
(13)
(14)
(15)
(16)
Todas las ecuaciones mencionadas relacionadas con el método fueron volcada a un programa y
compiladas en visual basic. El programa permite seleccionar las bases de datos que se utilizaran
como punto de partida, asi como las coordenadas geográficas de la localidad de la cual se quiere
realizar el disco de irradiación solar. En la figura 1 se muestra una pantalla del programa elaborado.
Figura 1. Vista de la interfaz del programa de visual basic elaborado
A partir de la base de datos seleccionada, el programa genera automáticamente la radiación para diferentes
orientaciones e inclinaciones a intervalos de 5° de inclinación y a 10° de orientación. Con estos datos se
elaboran los discos de irradiación solar.
Generación de datos para Diagramas Polares
Mediante una macro en lenguaje Visual Basic, programada en Excel, se calcula el valor total
anual para todas las combinaciones de Inclinación y orientación, lo cual suma una cantidad de 1368
datos por gráfico. De ellas, se selecciona el máximo que se da para una inclinación específica y
orientación norte. A partir de ella se van ordenando los datos inclinación y orientación en isolineas
de igual porcentaje, siendo el 100% el punto óptimo y disminuyendo a medida que aumenta la
inclinación y la orientación.
RESULTADOS
El disco de irradiación solar para la ciudad de buenos aires se muestra en la figura 2. El
mismo indica que la inclinación y la orientación que permiten obtener el 100% de la irradiación anual
disponible es de 25-30° y 0° respectivamente (área gris). A medida que la inclinación y la
orientación se apartan de este punto máximo, comienzan las pérdidas energéticas.
Típicamente se exige un aprovechamiento de al menos el 90% de la radiación incidente
anual por lo que los diagramas especifican el rango de orientaciones e inclinaciones posibles.
Figura 2. Disco de Irradiación Solar para la Ciudad de Buenos Aires. Cada zona de diferente
color corresponde a una valor de energía anual relativo al máximo posible.
Un ejemplo de aplicación del disco se muestra en la figura 3. Se proyecta instalar un
sistema solar térmico con los colectores orientados con un acimut de 30° y una inclinación de 25°
siguiendo la pendiente del techo. Otro proyecto pretende instalar una serie de colectores con una
inclinación de 60° y un acimut de -75° (285°). Ambas situaciones se grafican sobre le disco para
determinar la zona correspondiente a cada situación.
Figura 3. Ejemplo de aplicación del disco de radiación solar. El proyecto con el techo con 25°
de pendiente y 30° de acimut está graficado con una flecha solida. La flecha punteada
representa al caso de un techo inclinado 60° y orientado un acimut de -75° (285°)
De un sola mirada, es posible observar que el primer proyecto cae en el área donde las pérdidas
anuales son solo de 5% con respecto al máximo. El segundo proyecto cae en el área donde las
pérdidas anuales ascienden un 25% con respecto al máximo. De esta manera, si la legislación exige
que las pérdidas por orientación e inclinación sean solo del 10%, el primer proyecto sería aprobado
para su ejecución y el segundo proyecto no.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Los discos de irradiación muestran que hay simetría con respecto al eje N-S y que en
general, los diagramas para las distintas latitudes se ven modificados solamente por un aumento en
la inclinación exigida (para cada orientación). Esto se debe principalmente a la consideración de que
la radiación solar difusa es isotrópica. Es de esperar una leve asimetría utilizando modelos que
consideren la anisotropía de la misma.
Definir que las pérdidas anuales sean como máximo un 10%, es decir, las ganancias sean
un 90% del máximo, permite un abanico bastante amplio de orientaciones e inclinaciones, a saber
de 0° a 65° en el caso de la inclinación y de 90° a -90° en el caso de la orientación. En algunos
casos, inclinaciones menores a 10° pueden estar mirando al sur sin exceder el límite propuesto. Los
discos de irradiación solar son una herramienta fundamental para la gestión de las políticas de
promoción de la energía solar. En forma sencilla y unívoca permiten conocer cuáles son las
pérdidas de radiación solar por inclinaciones u orientaciones fuera del rango óptimo. Se espera que
los resultados de este trabajo sean incorporados a nivel nacional o regional en políticas de
promoción de la energía solar en la ciudad de buenos aires
REFERENCIAS
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5RTXH3HGDFH³Escenarios de alta penetración de energía solar distribuida en
&$%$´Maestría PGCyT-UBA)
Futuro deseable de la tecnología solar FV en Argentina y en CABA.
La ciudad de Buenos Aires ha adoptado un Plan de Adaptación al y Mitigación del Cambio climático
y una ley para la promoción de la energía solar, la 4024/2011. El gobierno local ha presentado
políticas y medidas para la reducción de emisiones de CO2 en el CDP 2013 Report (CDP,2013) y
se ha hecho una propuesta legislativa de eliminación total de las mismas en CABA hacia el año
2050 (www.verdealsur...,2014) así como otras relacionadas con energía solar.Tras la ola de calor
de calor del verano 2013-2014 que provocó el pico histórico de consumo eléctrico, cortes en el
servicio y varias muertes se presentaron propuestas de incorporacion de sistemas fotovoltaicos
(FV) en tejados y el Banco de la Ciudad de Buenos Aires habilito una línea de crédito especial para
instalaciones de energía solar.
Este trabajo propone criterios de validación de un escenario energético con alta participación de
energía solar en la
matriz energética de CABA por medio de retrodicción (backcasting) tomando
como base el trabajo de tesis de J.Martínez Buitrago (Martínez B., 2014)en el nivel nacional . Como
HOODSURSRQH´ODUHWURGLFFLyQDGLIHUHQFLDGHORVHVWXGLRVGHIXWXURWHQGHQFLDOHVRORVHVWUDWpJLFRV
no está asociada a la determinación de futuros que probablemente sucederán sino a cómo puede
ser obtenido un futuro deseable (escenario) o a la valoración de en qué grado futuros no deseados
SXHGHQVHUHYLWDGRV´&XDQGRVHKDFHXVRGHODUHWURGLFFLyQVHSDUWHGHXQSXQWRILQDOHQHOIXWXUR
deseado y se determina hacia el presente la viabilidad, estrategias y caminos que se requerirían
para llegar a él. Mediante la retrodicción se resuelven casos como la transición energética en los
cuales se cumplen las condiciones siguientes: se abordan problemas complejos con incidencia en
el largo plazo que afectan a muchos sectores y niveles de la sociedad;las tendencias tecnológicas
dominantes son parte del problema; es necesario introducir cambios importantes en el sistema .
Se analiza el escenario hasta 2030 por disponer de mayor información cuantitativa hasta esa fecha
y posteriormente se evalúan las características cualitativas que podrían tener escenarios
energéticos de descarbonización total hacia 2050.
Gráfico1: Comparación de la evolución de la capacidad instalada esperada por organismos oficiales
de países líderes en generacion fotovoltaica. (Martinez B., 2014)
El escenario 2030
El análisis comparado de la capacidad instalada solar fotovoltaica (FV) de varios países que
lideran en el mundo se muestra en el gráfico 1 obtenido a partir de las respectivas planificaciones
oficiales . Se observa un crecimiento esperado con tasa similares a las recientes, esto es de más
de 20% anual, hasta 2020, congruente con los escenarios de mas largo plazo de alta penetración
.Todos los escenarios sobre energía solar FV se han corregido recientemente al alza en virtud del
progreso de la tecnología, con reducciones de costes de 60-80% en solo 4 años. El escenario mas
ambicioso en terminos de reduccion de emisiones de la Agencia Internacional de Energia (IEA)
coincide en lo esencial con el de IRENA , el REmap 2030 (IRENA b 2014), el cual plantea una
duplicación de la capacidad instalada de nuevas renovables en 2030 y asigna la mayor tasa de
crecimiento a FV .
Para elaborar un escenario nacional Martinez B. tuvo en cuenta los dos escenarios eléctricos que
hasta hoy suponían un mayor despliegue para la tecnología solar FV en el país, los de CADER y
FEP en el ejercicio de escenarios electricos y gas en 2012 (www.escenariosenergeticos.org,2012 )
los cuales tenían convergencia con la evolución internacional esperada por escenarios de alta
penetración hacia 2030 (IRENA b ,2014).Los costes finales nivelados en la matriz de generación
con alta penetración en dichos escenarios resultan similares a los de otros del mismo ejercicio en
los que la tecnología solar FV no tenía una participación significativa o simplemente no formaba
parte del conjunto de tecnologías consideradas en el año 2030. Todos los escenarios de ese
ejercicio tomaron los mismos valores de costes de solar FV en 2030 de la Agencia Internacional de
Energia (IEA), los cuales han sido corregidos a la baja desde entonces y por lo tanto debieran
actualizarse ya que resultan hoy escenarios conservadores en cuanto a los costes de generacion
FV esperados en el año horizonte. La capacidad instalada al 2030 para solar FV (4.574 MW)
representaría en el escenario de Martinez B., aproximadamente, el 8% de la capacidad de la matriz
eléctrica nacional bajo un escenario de uso eficiente de energía (capacidad instalada 59.800 MW).
Tal como se observa en el Grafico 2, la evolución de la capacidad instalada FV propuesta supone
tres etapas con distintas velocidades de penetración sucesivas que se explican a continuación:
2013 - 2015: se estima una primera aceleración en el despliegue de la tecnología solar FV motivada
por la necesidad de dar cumplimiento al mandato de la Ley 26.190 (8% del consumo de energía
eléctrica nacional satisfecho a partir de un grupo de fuentes de energías renovables hacia fines de
2016 ). Su crecimiento se asemejaría a un comportamiento lineal basado en los parques FV
propuestos hasta hoy;2015 ± 2020: continuaría el crecimiento de la tecnología con un
comportamiento lineal aunque desacelerado. Esta desaceleración para este periodo se atribuye a la
postergacion del plazo requerido para dar cumplimiento al mandato legal (el cual se encuentra muy
hoy retrasado) : la tecnología FV no es competitiva en costos en los nichos principales de Argentina
por lo cual se daría prioridad a otras fuentes renovables ;2020-2030: se plantea un crecimiento de
tipo exponencial , suponiendo que en el intervalo comprendido entre los años 2020 y 2025 se
produciría la paridad en la red para los distintos nichos de mercado (paridad con la red (grid parity),
paridad para el usuario final (socket parity)),superando a las demas renovables .
Gráfico 2:Escenario de alta penetración de la tecnología solar FV en Argentina. En 2030 llegaria al
8% de la capacidad instalada total.Martinez B., 2014.
En la presente década y hasta mediados de la próxima el aporte eólico será sustantivamente
mayor que el solar en Argentina , tal como lo es en la actualidad en el país , en Brasil y en Uruguay.
Se ve reflejado en las licitaciones recientes del programa local GENREN (Duran 2013, Bragagnolo
2013) con varios miles de megavatios eólicos contra unas pocas decenas de megavatios
solares,estos últimos solo FV . Los escenarios de IRENA preven hacia 2030 una generacion eolica
en el mundo todavia tres veces mayor a la FV (IRENA REmap2030,2013).
En los escenarios de alta penetración como los analizados en este trabajo se preve un crecimiento
rapido de FV a partir de 2020. En particular, el escenario de Martinez B. supone que hacia 2025 FV
sera competitiva en Argentina en todos los nichos y por lo tanto comenzara a desplazar a las
inversiones en eólica tanto en grandes plantas como en las distintas formas de generación
distribuida en el ámbito urbano y periurbano.
La difusion de la tecnología solar FV requerirá que el sistema eléctrico actual (sistema centralizado)
acepte la incorporación de fuentes intermitentes mediante generación distribuida, implicando un
cambio en el paradigma tecnológico actual y requiriendo la adopción de nuevas tecnologías
facilitadoras y complementarias (tales como medición bidireccional, sistemas de comunicación y
control de los dispositivos del usuario final y mas adelante almacenamiento distribuido) .Para
estimar el potencial de los tejados y demas superficies aptas del medio
construido de CABA y de AMBA se requiere un estudio detallado que aun no se ha hecho tanto para
lo existente como para la renovacion edilicia .En el nivel nacional tampoco se ha considerado la
existencia del potencial de FV en medio urbano (Secretaria de Energia, 2010). Se ha calculado que
solo teniendo en cuenta tejados este equivale en CABA a 2,2 km2 de paneles, esto es cerca del
1% del total de la superficie de CABA (Fernandez, 2010); estimaciones son aun menores. Este
valor parece razonable teniendo en cuenta la dificultad de estimar de manera conservadora cual es
la superficie real sobre la cual puede aplicarse FV como segunda piel,es decir no integrada al
edificio (BIPV en ingles).Sin embargo,tanto los resultados de programas de construccion con FV
integrado como estudios hechos en ciudades europeas con baja insolacion permiten ser mas
optimistas (IRENAa,2013). Metodologias como el analisis a partir de fotografías realizado en
Dundee Escocia han demostrado sin ser costosas la factibilidad de una planificación regional de
alta penetracion de FV sobre bases solidas (Andreadis et al., 2013).Asimismo, el potencial para FV
integrado a edificios para Alemania se ha estimado en 3000 Km cuadrados de superficie FV lo cual
se traduciria en 300 GW de potencia instalada (Heinstein et al ,2013).Esto es mucho mas que lo
que el sistema electrico aleman puede recibir; sin embargo solo se renueva un 2% de esta
superficie anualmente por lo cual hay tiempo en los proximos 20-35 años para acomodar la fraccion
que se desee . En plazos tan largos como 2050 ,además de la tasa de renovación edilicia, se
podrían considerar factores culturales que modifiquen a favor el interés ciudadano de integrar FV en
techos , fachadas y otros posibilidades en medio urbano ya utilizadas (Heinstein et al,2013).
El manejo de demanda eficiente reduce la necesidad de medidas estructurales para garantizar el
balanceo en el nivel del Sistema Interconectado, por ejemplo la necesidad de sistemas de
generación de respaldo de las fuentes no despachables y el almacenamiento en gran escala .Entre
estos últimos se hallan las grandes represas hidroeléctricas y los sistemas solares térmicos de
concentración con almacenamiento de calor. La dinámica de las tecnologías involucradas está muy
acotada en este período :1) la expansión de las represas están limitadas por razones ambientales y
del potencial hidráulico.2) la termosolar con almacenamiento debe aun recorrer un tramo importante
de ella curva de aprendizaje tecnológico antes de 2030 para poder competir con solar FV en
cualesquiera de sus formas, distribuida o concentrada (IRENA REmap 2030,2013).
Debe tenerse en cuenta que antes del 2030 el mayor problema de estabilidad lo generara la
variabilidad del parque eólico,el cual en los escenarios de alta penetración de renovables
considerados,tanto los nacionales como los globales, es varias veces mayor al solar (IRENA
b,2014). Argentina carece de un estudio sobre balanceo que le permita para aprovechar el potencial
de integrar sus recursos renovables (IEA ,2011) pero esta dando pasos en esa direccion en acuerdo
con el DOE de EUA. Por otro lado, el sistema eléctrico deberá afrontar las variaciones
interestacionales e interanuales ademas de las circadianas y las soluciones del balanceo no son
útiles en plazos tan largos.
En cualquier caso, es claro que problemas de calidad del servicio eléctrico y el balanceo de las
rampas, esto es las fluctuaciones de generación y demanda eléctricas de corto plazo que aparecen
inclusive en porcentajes tan bajos como el esperado antes de 2030, serán en gran medida resueltos
con la reducción de costes de supercapacitores y baterías que ocurre en la actualidad .La reduccion
de precios y la extension de la vida, esto es, del numero de ciclos (www.PV-magazine, 2013)
permitirá incrementar la proporción de energía solar distribuida a medida que se pase de lapsos de
segundos o minutos al balanceo desplazando la carga desde horas de baja o nula insolación. Se
ha determinado ,por ejemplo, que la capacidad de una flota de dos millones de vehículos eléctrico,
similar al parque de AMBA, con baterías con baja autonomia para estabilizar la red al integrar 10
GW de energia eólica, la cual es mucho menos previsible que la solar (IRENA b,2014). En este
ultimo caso debiera optimizarse la capacidad de recarga de la flota en horarios diurnos mediante
electrolineras, problema al que ya se encuentra abocada la asociación Argentina de vehículos
eléctricos (AAVEA, 2013). Si bien hoy la tracción eléctrica es una parte insignificante de la
facturación eléctrica de AMBA y de CABA a pesar de los esfuerzos por extender los subterráneos y
electrificar trenes suburbanos la sustitución de la tracción fósil por electrica abarcaria no solo los
sistemas guiados sino todo el transporte en AMBA. Este proceso ya ha comenzado pero seria muy
significativo con posterioridad a 2030,tal como se preve en el resto del mundo .
La difusion FV en el periurbano.
La superficie de CABA es de 203 km2 contra 2590 km2 de AMBA y ambas áreas estan integradas
en la misma red de líneas de alta, media y baja tensión. AMBA dispone de superficie de tejado
mucho mayor y aunque tiene menor proporción de espacios verdes por habitante presenta algunas
ventajas adicionales: tiene gran cantidad de puntas de línea en áreas susceptibles de desarrollo de
FV;mayor proporción de área periurbana para instalar pequeños huertos (menos de un MW); mayor
cantidad de industrias y de parques industriales,cuyos tejados FV presentan menores costes de
instalación que el sector residencial y mayor porte ; alta tasa de renovación edilicia y alta proporción
de vivienda social , la cual puede incorporar FV por sistemas integrados al techo en vez de
segunda piel y otras tecnologías facilitadoras como ocurre de manera planificada en otros países.
Por otro lado, si se considera la conurbación entre Zarate y La Plata se define un área de 13.000
km2 considerando un frente fluvial de130 km y un ancho de 100 km en la cual se pueden
desarrollar plantas y huertos solares en medio no construido a muy escasa distancia de un punto
de conexión con estaciones transformadoras de lineas de media y baja tensión. Por ejemplo, en el
cinturón periurbano de esta conurbación
hay explotaciones intensivas y semi intensivas
(frutihortícolas,criaderos de animales) que podrían coexistir con instalaciones solares en tierra o en
tejados rurales.
CABA es el punto del SIN que mayor concentración de generación térmica y de demanda de fluidos
( metano, liquidos y electricidad) del resto del sistema de generación y distribución de estos
vectores. La generación distribuida solar en CABA y en AMBA puede sustituir la generación fósil
local y reducir esta demanda. Sin embargo, un escenario de alta penetración de FV en AMBA hasta
2030 todavía requeriría de una fuerte interconexión con el SIN y los gasoductos para atender el
consumo. Bajo condiciones favorables como las planteadas por el escenario de FVSA (FVSA
,2013) con medidas de uso racional y la incorporacion de colectores solares, la demanda de gas
natural se lograría mantener en niveles similares a los actuales, un tercio menores que en el
escenario tendencial .J.M.Evans llega a conclusiones igualmente alentadoras en cuanto al
potencial del ahorro de gas por medio de medidas de eficiencia en edificios y solar térmica para
calentamiento de agua (Evans, 2012) hasta 2030.Esta relativamente alta demanda esperada de
gas lo sería a pesar del impacto de la difusión de las bombas de calor ,FV, solar térmica, el
almacenamiento eléctrico y sus combinaciones. Una alta utilización de la generación fotovoltaica
para trigeneración ( electricidad, frío, calor),sola o en combinación con solar térmica es propuesta
en varios escenarios (Task 44 IEA).Se menciona alli que en la actualidad hay 130 empresas que
ofrecen la combinación de solar FV con bombas de calor y unas 30 combinan electricidad y calor
VRODUHV³)9-7´(O DOPDFHQDPLHQWR HOpFWULFR SRU VX SDUWH H[SHULPHQWD XQD IDVH GH FUHFLPLHQWR
similar al de FV, pasando de 200 MU$en 2012 a 19.000 MU$ en 2017 (PV-Magazine ,2013).En
Argentina,la Estrategia Nacional en Cambio Climatico en Diciembre 2013 de la SAYDS incluyó la
sustitución de equipos de tiro balanceado por bombas eléctricas entre sus medidas prioritarias
(Tanides et al. 2013) asi como el aumento de la eficiencia en calefones ,lo cual indicaría la voluntad
oficial de evitar el desfase local de las tendencias mundiales .Otra condicion favorable a la
incorporación de FV es la tendencia reciente del pico de consumo eléctrico a desplazarse de la
noches de invierno a los máximos de calor del verano, los cuales coinciden con horas de alta
irradiación solar (ver grafico :Informe Anual 2013 del Mercado Mayorista). De este modo la
incorporación de FV distribuida elimina el consumo de los combustibles mas caros ( diesel) y
además disminuye el riesgo de cortes como los sufridos en la ola de calor del verano 2013-2014. La
incorporación de colectores solares tendria el efecto de reducir la demanda de gas natural todo el
año y de disminuir el pico de importacion de GNL y combustibles liquidos en invierno.
Como lo muestran los varios escenarios considerados en el ejercicio argentino, la entrada de
renovables disminuye sensiblemente el consumo de fósiles de las centrales térmicas existentes ya
TXH HO ³IXHO VDYLQJ PRGH´ VHULD XQD GH ODV UD]RQHV HFRQyPLFDV SULQFLSDOHV SDUD VX Uipido
despliegue.Sin embargo,
la difusión del almacenamiento distribuido y de formas de manejo
inteligente de demanda y la adecuación del sistema eléctrico nacional a las fluctuaciones
interanuales (vg años de baja hidraulicidad por sequia) insumiria varias decadas. En estos
escenarios el respaldo a las fuentes no despachables requiere quemar gas natural en estas
centrales aun después de 2030 abriendo asi la posibilidad de que el mismo sea sustituido por algun
biocombustible o por H2 en algun momento de la transición hacia el 2050.Tambien la transicion del
parque automotor excederia largamente el 2030 y por tanto persistiria la demanda de fluidos
combustibles de este sector.
Posibilidades de los escenarios 2030-2050:
‡
A partir de 2030 el objetivo de descarbonización total de la matriz energética argentina en
el año 2050 se puede cumplir con diversas combinaciones de fuentes renovables y uso racional de
la energia. Por ejemplo , el dominio continuo de energía eólica o su sustitución paulatina por solar;
un incremento de la eficiencia en uso final de modo tal que la demanda por distintos vectores
sature y decline o que la misma continue creciendo hasta 2050.
‡
En todos los casos considerados cualitativamente se requiere un aumento de la tasa de
electrificación de la matriz tanto en el sector transporte como en el medio construido en general para
la eliminación completa de los fósiles. Esto es posible con las tecnologías analizadas ,si bien
algunas de ellas debieran reducir sus costes mas que otras .En cualquier caso se requieren
políticas tendientes a la integracion de fuentes renovables como solar y eolica las cuales podrían
ser dominantes en la matriz energética como hoy lo son el gas natural y el petróleo.En algunos
escenarios la biomasa jugaria un rol importante en la transición para luego ser marginal mientras
que en otros se mantendria .Ademas de optimizar el balanceo y la adecuación de los sistemas
energéticos a las variabilidades estacional/interanual ya mencionadas se requiere elucidar la función
de la electricidad generada de manera variable . En particular, si sera necesario o conveniente
disponer de otros vectores
vectores ademas de electricidad. En este trabajo se ha considerado el potencial del H2 y de
biocombustibles en la region AMBA. La tecnología de electrólisis para hacer uso de los excedentes
de generación permite eficiencias de de conversion a H2 de mas de 75% con costes relativamente
altos pero con tendencia declinante en función de los avances previsibles en las siguientes dos
decadas. Un desafío mayor lo constituye el almacenamiento y la distribución del H2 de lo cual
depende el aprovechamiento de las reducciones de costes en celdas de combustibles tanto para
traccion como para uso estacionario.Por tal motivo se ha promovido incorporar el H2 en compuestos
carbonados que se sustituyen los de origen fosil (IRENAb,2014).En el caso de partir de CO2 la
eficiencia energetica final del proceso es muy baja mientras que en la incorporación de H2 en la
metanogénesis biológica a partir de la digestión de residuos urbanos o aguas cloacales resulta más
alta y el proceso mas simple.Adicionalmente ,en la producción intensiva de microalgas se hallarian
sinergias tanto en el uso de la electricidad FV en los procesos que requieren energia mecanica
como en la sintesis e incorporacion de H2 a la digestion metanogenica de los subproductos. El
resultado es que con una superficie reducida del periurbano o de la zona rural proxima (menos de
1000Km cuadrados) se podrian obtener a partir de las plantas depuradoras de AMBA que se
muestran en el mapa abajo (Fernandez V.,2014) los nutrientes necesarios para la produccion de
metano biogénico que sustituiria en la transición al gas natural en la red.
A fines de la década de 2020 las tecnologías facilitadores más importantes ,esto es las que
permiten el almacenamiento y el manejo inteligente de las redes y de la demanda, ya serán parte
integral de la difusión de FV distribuida.Sin embargo, es la nueva construcción la que permitiría
hacer uso óptimo de las mismas.Esto tendrá un efecto retardador en el despliegue ya que su tasa
de incorporación ,la cual depende de la renovación edilicia, es mucho más baja que la del
aprendizaje tecnológico evidenciada hasta hoy. Esto permite suponer que la saturación de los
nichos FV distribuidos se prolongará en el tiempo mucho más allá de 2030 por tener una tasa de
difusión menor que la de las grandes plantas de solar FV, solar térmica o eólicas (Heinstein et al,
2013).
La posibilidad de desarrollar parques eólicos costa afuera en el estuario del Río de la Plata o aun en
la costa argentina del mismo se ha sugerido desde el gobierno de la ciudad en años recientes.
Si bien el potencial técnico es considerable, tanto en el estuario interior próximo a CABA como sitios
más alejados los costes serían mucho mayores que los analizados para FV en cualesquiera de los
nichos urbanos y periurbanos y en cualesquiera de los periodos considerados (IRENAb, 2014).Por
otro lado, existen restricciones por la navegación y otros usos del río que debieran considerarse
ademas del eventual litigio sobre jurisdicción en virtud del status legal de la autonomía de CABA.Por
ende tanto la dinamica tecnologica internacional como las condiciones locales sugieren que el
desarrollo eolico en el estuario tendria lugar despues de 2030 en dificil competencia con la
electricidad renovable inyectada en la red en el continente y por tanto la suerte del mismo
dependera de los criterios de la planificacion regional de muy largo plazo de la red electrica de alta
tension (incluyendo los intercambios con paises vecinos).
Mapa de las plantas depuradoras de AMBA.Permiten retener nutrientes para la produccion
de microalgas de las cuales se extraen vectores energeticos (lipidos, metano).Fernandez V.
2014.
Conclusiones
La integración de CABA con AMBA y con la franja costera periurbana presenta considerables
ventajas para la incorporación de generación fotovoltaica distribuida por mayor disponibilidad física
en su geografía y tasa de renovación edilicia. Por lo cual debiera darse prioridad a la evaluacion de
la disponibilidad en edificios y superficies actuales y futuras y acelerar la curva de aprendizaje de las
instalaciones con programas dirigidos a nichos FV urbanos y periurbanos.
La sustitucion de combustibles importados para satisafcer el pico de consumo en verano e invierno
debiera evaluarse con precision para conocer el beneficio economico de FV y de solar termica
distribuidas.
La competencia con la generación eólica en grandes parques conectados al SIN en tierra es más
relevante hasta el 2025- 2030
a partir de cuando la penetración solar FV
puede
predominar,incluyendo su desarrollo en medio urbano y periurbano.
El eolico costa afuera en el estuario compite con desventaja contra la difusion de otras opciones
renovables en la region.
El lento aprendizaje tecnológico de la instalacion de FV en medio construido y la baja tasa de
renovación edilicia explican que la saturación del nicho urbano y periurbano se prolongue en el
tiempo y que puedan competir la generación centralizada tanto de la solar térmica de concentración
como de la eólica con la generacion fotovoltaica distribuida mas allá de 2030 .
La penetración acelerada del vector hidrógeno y el uso de celdas de combustible no es
un requisito hacia 2050 por la muy favorable dinámica de la tecnologías facilitadoras, en especial el
almacenamiento,pero su integración como insumo para la síntesis de combustibles fluidos presenta
ventajas (vg optimización de digestión de residuos/biomasa;transicion de transporte).
Se confirman conclusiones obtenidas en otras regiones para la difusion FV (IRENA b, 2014) :
se requiere sincronizar la expansión renovable con la transformación del sistema de transmisión y
distribución electricas ;coordinación entre gobiernos de distinto nivel para asegurar nichos de
mercado;debe darse prioridad la especificidad de tecnología al plantear los modelos de negocios y
las políticas regulatorias y de difusión.
Aportes a una hoja de ruta en la region para FV en medio construido.
Las hojas de ruta se consideran parte de una visión de futuro consensuada que identifica, evalúa y
selecciona alternativas de accion que pueden ser usadas para alcanzar determinados objetivos. A
diferencia de la retrodicción la descripción detallada del escenario asociado al futuro deseado no
tiene precision como tampoco las trayectorias para llegar a él. La hoja de ruta tiene una
connotación más práctica ya que dicha descripción se realiza
mediante la identificación de las acciones y tareas que se deberían llevar a cabo para acercase a la
visión del futuro deseado
Se trata de un proceso de planificación tecnológica dirigido mas por necesidades que por
productos que procura el aprendizaje y la comunicación entre los actores.Segun Martinez B.:
³/D KRMD GH UXWD SURYHH XQ REMHWLYR FRP~Q SUHIHULEOHPHQWH FXDQWLWDWLYR SRU OR TXH HV SRVLEOH
incluir escenarios estratégicos), hitos específicos en el tiempo, y un conjunto consistente de
acciones. Para su construcción se requiere la recolección y procesamiento de información
DFHUFDGHOPHUFDGRSURGXFWRVWHFQRORJtDV\PHGLRVSDUDLQWHJUDUORV´
Un ejemplo exitoso es el Ejercicio Sunshot ,la hoja de ruta de EUA, muestra objetivos cuantitativos
de progreso tecnológico en FV que hasta hoy se han cumplido según lo esperado (Grafico
3).Integra todos los actores de toda la cadena solar,publicos y privados,convocados por el
Departamento de Energia, DoE.En el caso de la generación FV en medio urbano y periurbano en
Argentina , Martinez B. ha propuesto la realizacion de una hoja de ruta que busque la incorporación
de la tecnología solar FV en el ámbito urbano y periurbano en Argentina sobre la base de identificar
instituciones y actores con roles claramente definidos para la difusión de la tecnología solar FV y
que, en consecuencia, deberían participar en la elaboración de una hoja de ruta que busque su
adopción en el país. Entre ellos se incluye a IRESUD (www.IRESUD.com.ar,2014),una asociacion
publico-privada creada mediante un proyecto del fondo FONARSEC por el MINCyT destinada a
establecer las bases de la generacion FV distribuida.Los objetivos de una hoja de ruta propuestos
para
toda
la
nacion
fueron
elegidos
teniendo en
cuenta
la
experiencia
internacional
(IEA
2010 a y
b):Reglamentación técnica y tarifaria, sistemas financiero y facilitador e incorporación de la
tecnología dentro de la planificación nacional, metas para la difusion de la tecnología solar FV en el
ámbito urbano y periurbano en Argentina (Martinez B.,2014)
Gráfico 3:La Hoja de Ruta de EUA, programa Sunshot.Establece objetivos de costes para tres
nichos antes de 2020 BOS: balance de sistema, incluye instalación..
El sector público de CABA y AMBA puede contribuir al proceso de construir una hoja de ruta en la
region cuyos objetivos no apuntarian a disminuir los costes de los equipos como lo hace el
Sunshot sino a aumentar la capacidad de despliegue de la tecnologia en el medio local.Hay
numerosas experiencias exitosas en ciudades del mundo muy diversas y con menos recursos que
CABA y AMBA (IRENA a) que muestran como hacerlo.
Segun información de la Secretaría de Energía (Secretaria ,2013) el sector oficial en CABA recibió
facturas de electricidad por consumo de 300 GWh en 2012; 500 Gwh se recibieron en el sector
oficial en AMBA en ese año . Las operaciones del gobierno local de CABA según el informe CDP
2013 ya mencionado habrían consumido en electricidad, calor ,vapor y frío 1.491.085 MWh . Por su
sola demanda energetica podria conformar un nicho significativo para la generación solar
distribuida y la solar térmica,bajo el concepto de ahorro del gasto energetico que es subsidiado por
HOHVWDGR QDFLRQDOGHPRGRVLPLODUDOPRGHORGHQHJRFLR³3D\DV \RXVDYH3$<6´/D OH\VRODU
4024/11 permite al gobierno de CABA actuar sobre los edificios y demas usuarios finales del sector
público sin necesidad de acordar tarifas con la Secretaria de Energia de la Nación.Con esta
iniciativa CABA podría acordar con los demas distritos de AMBA políticas y medidas comunes y
convocar a los actores necesarios para definir una hoja de ruta de la difusion FV en su ambito que
los integre.
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palabras clave:backcasting,hoja de ruta, Solar distribuida
MPhil. Ing. Julian Ignacio Tuccillo. ³DISTRIBUTED RENEWABLE
GENERATION OF ELECTRICITY IN ARGENTINA: A TECHNOLOGY
52$'0$3´%RUHDV$XVWUDO6$
Index Terms  Accessibility to energy, embedded electricity generation, diversity and security of supply, small scale
solar and wind power, vision and technology roadmap.
Just as energy is the basis of life itself, and ideas the source of innovation,
so is innovation the vital spark of all human change, improvement and progress.
- Theodore Levitt
1. Introduction
In 2014, Argentina is experiencing an energy crisis with seasonal power outages and a growing 55%
of fossil fuels in the electricity generation mix. Furthermore, between 600,000 and 1,200,000 people
have no access to the power grid. Four core needs were detected, related to these problems: (a) the
need for equity in the access to energy; (b) the need for security and resilience of grid power supply;
(c) the need for reduction of greenhouse gas emissions; and (d) the need for institutional
coordination for supporting new technological developments.
Considering these needs, this paper proposes a future vision in which the country has a diversified
energy economy partly based on renewable embedded generation. What would Argentina need to
work on, when, and with which resources? Who would the key institutional change agents for
achieving this vision be?
The paper delivers some strategic insights as a draft proposal for the development of a distributed
renewable energy industry in Argentina. It is based on a pro-active backcasting method, in contrast
with deterministic forecasting approaches. A Technology Roadmap is employed as the core
methodology, which graphically sets the vision and defines the technological options. In addition, the
VWUDWHJ\DQGPDLQDJHQWVIRUOHDGLQJWKHFKDQJHDUHLGHQWLILHGIROORZLQJ9DQGH9HQ¶VDQG&KDQJ¶V
framework for understanding the emergence of new industries (Van de Ven, 1993). Both the vision
and the roadmap are built considering the visions and perceptions from structured interviews to
thirteen leaders and professionals in the Argentinean energy industry. A brief benchmark of some
characteristics of the development of the Spanish distributed renewable energy industry is also
performed.
The main results are that Argentina would firstly need to endow resources and work on making
institutional arrangements in order to stimulate the growth of an off-grid renewable energy industry.
This would be a pillar for building capability towards an interconnected small-scale renewable
supply. Among other factors, social, institutional and technological issues are addressed, related to
the development and integration of dispersed renewable generation to the existing system.
2. $UJHQWLQD¶V(QHUJ\&RQWH[WDQG1HHGV in 2011
Argentina is a country whose large extensions of territory and historic organisational models have
posed major challenges to the development of an integrated and interconnected electrification
infrastructure. These factors have influenced the location and the way in which people live, also
resulting in a current context of concentration of population in urban areas and pronounced contrasts
between well developed regions with good access to the grid and others without any access to
public infrastructure (Poder Ejecutivo Nacional, 2008).
On the one hand, there are large numbers of people without access to the grid living in rural areas.
According to a rural census carried out in 2002, there are approximately 300,000 agriculturally
productive settlements in Argentina, 50% of which are not connected to the national power grid. This
means that between 600,000 and 1,200,000 rural residents do not have access to electricity
(INDEC, 2002).
On the other hand, the remaining 97% of the population has access to the grid, 50% of which lives in
6 densely populated cities (INDEC, 2010 and Poder Ejecutivo Nacional, 2008). This fact is
associaWHG ZLWK WKH FRQILJXUDWLRQ RI $UJHQWLQD¶V JULG ZKLFK KDV D PHGLXP UDGLDO OHYHO RI
development, leaving vast productive territories uncovered.
Within this context of infrastructural development, Argentina is undergoing an energy crisis that is
making the country re-think its future energy development. Is Argentina developing in a sustainable
way in terms of energy? Based on literature review and on the interviews done to thirteen leaders
and professionals in the energy industry, four core needs were detected in Argentina (2010-2014).
Need for equity in the access to energy. Argentina would need to level-off energy generation
costs for the different energy sourcing technologies, in order to increase equity in the access to
electricity throughout its geography. Costs and infrastructure development are two relevant issues
WKDWFRQVWUDLQWKHDFFHVVWRHOHFWULFLW\ LQUXUDODQG LVRODWHGUHJLRQVDQG DUHEDUULHUVIRUWKH³XUEDQ
GHFRPSUHVVLRQ´VWUDWHJ\WKDWWKHJRYHUQPHQWSXEOLVKHGLQLQWKH1DWLRQDO6WUDWHJLF Territorial
Plan. While in urban areas with public electric infrastructure the electricity cost is on average 0.07
USD/kWh, in off-grid rural areas this cost is as much as 20 times higher. With this cost structure, the
average per capita household electricity consumption in urban and rural on-grid areas is of 2.3
10
11
kWh/day , whereas in off-grid rural areas it is estimated to be less than 0.05 kWh/day per person .
Need for resilience and security of grid power supply. Argentina would need to reduce its fossil
fuelled generation share and would need to diversify its generation mix with more renewables, in
order for the system to be more resilient both to changes in availability and in terms of security of
supply. Diversity of supply has a smoothing effect in the total system supply, and makes the system
be more resilient. Contrary to this, the increase in the share of one single energy source is making
the Argentinean electricity system be more sensitive to the supply and cost volatility of that major
energy source. Thus, the system becomes less resilient to changes in energy availability.
$UJHQWLQD¶V HOHFWULFLW\ JHQHUDWLRQ KDV EHHQ LQFUHDVLQJO\ PRUH GHSHQGHQW RQ IRVVLO IXHOV GXULQJ WKH
last decade, having the installed capacity increased around 4 GW of only gas fuelled technologies in
that period. Thus, the fossil fuelled generation share in the total mix increased at an average annual
12
rate of 5% between 2002 and 2008, from 41% up to 60% respectively . During the last years, there
have been peaks of electricity demand in winter that could not be satisfied by the system due to
shortages in gas supply (which was strongly demanded for residential heating), and thus the
government had to ration electricity and gas for large consumers and industries. The country has
been self-sufficient in terms of energy for the last two decades, but the shortage of gas (with
estimated reserves of 8-10 years ahead, according to Cameron, 2010) is making it import this fuel
from Bolivia and electricity from Brazil at higher and more volatile costs than the local sourcing
scheme. This context is moving the country away from the privileged self-sufficient scheme to an
externally-sourced fossil fuel scheme, subject to international volatility and uncertainty of prices and
supply. To illustrate this, every US dollar that the international barrel of oil increases, the cost of
electricity in Argentina increases 19 USD/MWh, and this represents an additional yearly cost
increase of 22 million USD for the whole system (Brown Bustos, 2009). Besides, continuing to
maintain or expand the share of fossil fuel generation in the mix might not be sustainable as the
security of supply is limited to their non-renewable nature and the 8-10 years of reserves ahead.
Need for reduction of environmental impacts. Argentina would need to revert its increasing trend
in producing greenhouse gases (GHG) with its electricity generation mix, and for this it would need to
develop cleaner energy solutions. As the fossil fuel share has increased over the last 10 years within
the total electricity generation mix, the total carbon dioxide emissions have increased too. The net
emission factor has increased at an average annual rate of 11% from 2002 to 2008, from a value of
13
0.125 to 0.281 Ton CO2/average MWh generated, respectively .
Need for institutional coordination for supporting new technological developments. Argentina
would need to define institutional roles that lead and coordinate the collective work for innovating
with new energy technologies. According to most of the surveyed leaders, there is an overall need in
Argentina for public communication and institutional coordination towards working on options for
technological development as a country, in terms of energy. Related to this, the Department of
Energy published a study in June 2009 after conveying a survey among institutions, companies and
10
Curated data from Secretaria de Politica Económica del Ministerio de Economía and INDEC, 2009.
Curated data from PERMER. Market research, 2009.
12
Curated data from CAMMESA. http://portalweb.cammesa.com/default.aspx
13
Curated data from CAMMESA. http://portalweb.cammesa.com/default.aspx
11
actors working on renewable energy, where 83% of the interviewees had a negative perception of
the capacity of coordination among the different actors in the renewable energy sector (Osterkom,
2009, p. 32). This has been labelled as an institutional barrier for the development of a renewable
energy industry, which might be directly related with the lack of an institutional and governmental
planning tradition that experienced the coXQWU\LQSDVWGHFDGHV³>DQ@DVSHFWRYHUZKLFKWKHUHLVDQ
agreement of thought in terms of territorial development is the need for recovering the planning as a
JRYHUQPHQWWRRO´3RGHU(MHFXWLYR1DFLRQDOS/DSHxDHWDODOVRUHIHUUHGWR a lack
RI ³ORQJ WHUP SODQQLQJ LQ HQHUJ\ PDWWHUV´ ZKHUHDV 8'(6 ZLWKLQ WKH 'HSDUWPHQW RI (QYLURQPHQW
DQG 6XVWDLQDEOH 'HYHORSPHQW VXJJHVWHG LQ D UHSRUW WKDW ³WKH GLUHFW DFWLRQ RI WKH JRYHUQPHQW
alongside with leading the process of substitution and energy efficiency, is vital for fostering this
WUDQVLWLRQWRZDUGVFOHDQHUHQHUJLHV´8'(6S
3. Development of an Embedded Renewable Generation Industry in
Argentina
³:KHUH GR ZH ZDQW WR JR"´ 7KH IROORZLQJ YLVLRQ LV SURSRVHG IRU $UJHQWLQD¶V HOHFWULFLW\ generation
industry, based on the current context and needs described in Section 2.
³%H\RQGSHRSOHZLOOEHDEOHWRVRXUFHIURPHQHUJ\DWUHDVRQDEOHDQGOHYHOOHGRIIFRVWVLQPRVW
SRLQWVRIWKHFRXQWU\¶VJeography, so that accessibility will not be a constraint out of the large urban
areas. People in rural areas and cities will be able to generate their own energy from renewable
sources such as wind and sun, and will have the possibility of being either producers or consumers
of energy. The interconnection of millions of users of distributed renewable generation systems to
the national grid will contribute to stabilise, diversify the supply and improve the resilience of the
power generation system, and will decrease carbon dioxide emissions. The control of the own
energy resource will become a pillar of individual and collective development (Rifkin, 2003). Total
electricity consumption per capita will be maintained in cities or even decreased, while increased in
rural areas; lifestyle will be maintained or improved, and efficient consumption will be achieved by
raising awareness in changing habits and using more efficient appliances. The country will maintain
its self-sufficiency and energy independence by developing a local R&D and manufacturing industry
IRUUHQHZDEOHJHQHUDWLRQWHFKQRORJLHVZKLFKZLOOEHLQWHUQDWLRQDOO\FRPSHWLWLYH´
Distributed or embedded renewable generation of electricity is chosen in this work as a possible long
term solution that contributes to addressing the needs described in Section 2. A note is made on the
meaning of embedded or distributed renewable energy generation. When using these terms, the
present work refers mainly to small wind power and solar photovoltaic (PV) technologies for
electricity generation ± normally smaller than 50-100 MW, not centrally planned or dispatched ± that
are connected to the distribution networks of the electricity grid. The scope of this work is
constrained to the analysis of these two technologies, as the most relevant ones in a future that
considers that millions of users in cities or rural areas could generate their own energy and sell it to
the common market by means of being connected to the grid.
The need for equity in the access to energy will be addressed by the modularity of size and cost
of these technologies, and by the distribution of wind and sun as free resources over the entire
country. Incentivising these technologies in order to achieve levelled-off equivalent annual costs
compared to the grid electricity cost could also be a factor that increases accessibility to energy to
rural dispersed population and that removes constraints for a more even distribution of population in
the territory in tKH ORQJ WHUP DOLJQHG WR WKH µXUEDQ GHFRPSUHVVLRQ¶ VWUDWHJ\ VWDWHG LQ WKH 1DWLRQDO
Strategic Territorial Plan (2008). The levelled off costs per kWh of these technologies with the
average grid electricity cost is what is called grid parity. Spain is getting closer to this scenario, which
is expected to be achieved beyond 2016 (Jiménez, Echeverri, 2009). These conditions are set by
incentivising the solar PV industry on production and investment, which is reducing PV modules cost
LQWLPH³6RODU 39FRVWVKDYe been decreasing in Spain from a value of 5 Euro/Wp in 2005 to a 2
(XUR:S WRGD\ DQG DUH H[SHFWHG WR FRQWLQXH GHFUHDVLQJ ZLWK WKH JRYHUQPHQW¶V VXSSRUW´ 0DFtDV
2010).
The need for resilience and security of supply will be addressed by diversifying the generation
mix with these technologies that exploit renewable resources. The cost of generation will not be tied
thus to international fuel price volatility. The issue of intermittency of supply from renewables due to
seasonal and cyclical availability of wind and sun could be approached by either (a) storing energy in
dams when it is not needed (Brown Bustos, 2009), or (b) storing energy in hydrogen, this would
probably be a long term energy future beyond 2040, or (c) developing greater network integration
with electricity trade agreements with the neighbouring countries that could absorb the peaks and
feed the valleys in generation, in a similar way in which Denmark sells its excess of generation from
their 20% wind generation of their mix to northern neighbouring countries (Flack, 2007).
The need for reduction of GHG emissions will be addressed by the emissions-less nature of these
technologies while in operation.
The need for institutional coordination will be addressed by the self-organisation nature of the
new developing industry as a deliverer of complex energy solutions, for which new proprietary
activities would be created and production efficiency would increase with competition, collaboration
and internal resource sharing.
Beyond addressing these needs, what would the impacts be of having a 10% of the households in
Argentina installed embedded generation systems? And a 20%? And a 30%, or even a 40%? A brief
insight follows with some figures for the possible embedded renewable futures. Table 1 shows the
different figures and financials of having small wind and solar PV embedded systems installed by
2040 according to the different levels of penetration within the residential power market in Argentina.
For the purpose of designing and explaining the strategy in the following sections, a hypothetical
penetration of 20% of the total households will be adopted as a conservative estimate, consisting of
50% wind and 50% solar PV. As it can be observed in Table 1, this would represent 6.4 GW of small
wind and solar PV by 2040, what would mean a 6% share in the total energy mix, a 29% reduction in
carbon dioxide emissions (compared to 2009 levels), approximately 21,000 jobs created and an
increase of 21% in the average cost of electricity of 2009.
Target generation by 2040
Penetration of embedded generation in residential sector
Penetration of embedded generation in residential sector
Penetration of embedded generation in residential sector
Energy generated with embedded systems
Share of embedded in total generation mix
Carbon dioxide abatement with embedded generation
CO2 abatement proportion over 2009 emissions
% of total households
million households
million people
GWh/yr
% of total mix
million Ton CO2/yr
% of total grid emissions in 2009
10% 20% 30% 40%
1.4
2.8
4.2
5.6
5.0 10.0 15.0 20.1
9,332 18,663 27,995 37,327
3%
6%
9% 13%
4.2
8.4 12.6 16.8
15% 29% 44% 58%
Scenario 100% small wind
Small wind capacity to reach penetration value
Capital cost of total small wind capacity by 2040
Annual revenue small wind generation by 2040
Percent increase in average generation cost over 2009 values
CO2 abatement cost wind
Jobs created within national wind industry
GW
million USD
million USD/yr
% of average 2009 cost
USD/Ton CO2
people
3.7
7.5 11.2 15.0
5,622 11,244 16,866 22,489
1,499 2,998 4,498 5,997
4%
8% 12% 16%
357
357
357
357
6,247 12,494 18,740 24,987
Scenario 100% solar PV
Solar PV capacity to reach penetration value
Capital cost of total solar PV capacity by 2040
Annual revenue solar PV generation by 2040
Percent increase in average generation cost over 2009 values
CO2 abatement cost solar PV
Jobs created within national solar PV industry
GW
million USD
million USD/yr
% of average 2009 cost
USD/Ton CO2
people
2.6
13,241
4,414
17%
1,051
14,712
Scenario 50% solar PV + 50% small wind
Mixed capacity to reach penetration value
Capital cost of total embedded capacity by 2040
Annual revenue mixed embedded generation by 2040
Percent increase in average generation cost over 2009 values
CO2 abatement cost mixed generation
Jobs created within national embedded industry
GW
million USD
million USD/yr
% of average 2009 cost
USD/Ton CO2
people
3.2
6.4
9.6 12.8
9,432 18,863 28,295 37,727
2,956 5,913 8,869 11,826
11% 21% 32% 42%
704
704
704
704
10,480 20,959 31,439 41,918
5.3
26,482
8,827
34%
1,051
29,425
7.9
39,724
13,241
52%
1,051
44,137
10.6
52,965
17,655
69%
1,051
58,850
Table 1. Impacts of embedded systems penetration in generation mix by 2040.
These modelled figures just give rough estimations that should not be considered as precise.
Household electricity consumption is assumed to be 31.4% of the total demand (INDEC, 2010b).
Assumptions are that Argentinean population will be around 52 million people with 13.9 million
14
households by 2040 ; electricity demand will rise from a value of 103 TWh in 2009 to 297 TWh in
15
2040 . Prices for solar PV and small wind turbines are assumed to be 5 USD/Wp and 1.5 USD/W
14
Projections based on INDEC (2010) population growth rates.
Extrapolations from the projections of Cameron (2010). With this total electricity demand, the per capita
demand raises up to 16.2 kWh/day in 2040, from a value of 7.1 kWh/day in 2009 (considers residential,
industrial and all other electricity consumption). As a comparison, Spain consumes today 16.8 kWh/day per
person (EU Energy Portal, 2010).
15
respectively by 2040, which is a conservative assumption from prices in 2010. Provided there is a
national industry of these technologies, costs would drop with time.
3.1. Proposed Strategy
³+RZFDQZHJHWWKHUH"´6WUDWHJLFFRQVLGHUDWLRQVDUHGHVFULEHGLQWKLVVHFWLRQIRUHDFKVWDJHRIWKH
LQGXVWU\¶V OLIHF\FOH D VWDUW-up, (b) growth; (c) maturity, which are the underlying assumptions to
build the roadmap. The industry emergence dimensions taken into account for each of these phases
have been benchmarked by Chang (2009) over the English and Spanish wind power industries. In
his work, Chang observed how the success in the Spanish wind industry development included
different dimensions in each of its stages of development. These had been previously translated by
Van de Ven (1993) into four basic pillars of community infrastructure needed for industry creation
and development, which are: (a) institutional arrangements needed for legitimising the new
technologies, creating public and private governance models and defining laws, regulations and new
standards; (b) public resource endowments for structuring science and research support, finance
mechanisms and trained human resources; (c) proprietary functions carried out by companies, which
embrace business functions, product development, marketing, manufacturing, competition and
innovation activities; and (d) market consumption with users who purchase the new technology,
adopt new cultural norms, represent demand and stimulate market competition (Van de Ven, 1993
and Chang, 2009). These pillars are considered in this work in order to identify the key institutional
roles in Argentina for the development of an embedded renewable energy industry.
3.1.1. Start-Up
As a first consideration, the start-up phase is when extensive planning and technological options are
devised. A long term plan should be developed and communicated by the government, taking into
account the need to coordinate institutions and demonstrating an active lead in the innovation
SURFHVV6SDLQ¶VFDVHRILWVJRYHUQPHQW¶VLQYROYHPHQWDVDQDFWLYHOHDGHUDQGFRRUGLQDWRUZDVWKH
cornerstone for legitimising and creating the innovation and motivational conditions for the growth of
their industry (Chang, 2009). Since 2005 Spain has been working under PER (Plan de Energías
Renovables 2005-2010), Renewable Energy Plan, and now PANER (Plan de Acción Nacional de
Energías Renovables 2010-2020), Renewable Energy National Action Plan. These are public
detailed coordinating plans that IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía) is
implementing.
Alongside with planning activities, resource endowments would be needed for setting the
foundations of research and development programs for manufacturing solar PV panels locally and
for giving support to current wind turbine manufacturers and supply chain. The advantage of
renewable energy is that it can be generated and its supply chain developed at the place of
consumption, thus adding value to the local industries and fostering regional economies (Margarit
Roset, 2010).
During this phase, products and prototypes are tested and thus there is a focus on product
innovation. Initial entrepreneurial market creation activities should be encouraged in addition to
HQGRZLQJ UHVRXUFHV IRU UHVHDUFK DQG GHYHORSPHQW LQ RUGHU WR JHQHUDWH WKH ILUVW ³SXOO´ IRU WKH QHZ
products and prototypes. Actively proposing prototype projects would test and show technologies,
raise awareness and stimulate the start-up of the industry in terms of learning curves. Several cases
of prototype testing have already occurred in Argentina, but mainly for large-scale wind power. That
is the case of 27 MW of initial large wind power that have been installed in Patagonia and other parts
of the country throughout the last 15 years, and which served as important examples that increased
the understanding of those technologies. Other technologies for hydrogen production with
electrolysers are also in these early phases of prototyping, managed by Fundación Hidrógeno Santa
Cruz (FHSC). However, only incipient market forces are not enough for stimulating the growth of a
weak technology that cannot compete at first with existing well-accepted substitutes. For instance,
regarding to solar PV, SOLARTEC is the only Argentinean firm that is currently assembling imported
solar cells into panels, but cannot grow into a further integrated supply chain because of the lack of
scale for a market for solar (Anesini, 2010).
This is why a critical milestone that would contribute to create adequate market conditions and
increase the initial consumption would be making institutional arrangements by revising laws and
regulations to set the structure and framework of incentives for the new industry. One part of the
three main preconditions identified by Assmann et al. (2006) for the introduction of any innovative
WHFKQRORJ\LQDQHZPDUNHWLV³WKHSROLF\IUDPHZRUN>ZKLFK@PXVWEHIDYRXUDEOHDVSROLF\QRWRnly
KDV WR FRQVLGHU WRGD\¶V PDUNHWV EXW DOVR QHHGV WR WDNH LQWR DFFRXQW ORQJ-term developments, as
PXFKRQDQDWLRQDODVRQDQLQWHUQDWLRQDOOHYHO´7KLVIUDPHZRUNZLOOEHWKHEDVLVIRUGHYHORSLQJWKH
other two pillars: (a) financing so that the product is affordable, and (b) a structure of support
comprising information, awareness, maintenance, quality standards and improvement by research
and development (Assmann et al., 2006).
Argentina has already been working on defining these frameworks with the national renewable
energy law number 26,190 passed in 2006, but this needs to be complemented with other
transversal policy frameworks that endow the rest of the financial, technical, informational, research
and educational resources needed for the start-up of the industry. These policy mechanisms can be
summarised in five main categories: (1) regulations that govern capacity access to the
market/electric grid and production or purchase obligation, (2) financial incentives, (3) industry
standards, permitting and building codes, (4) education and information dissemination, and (5)
stakeholder involvement (Sawin, 2006, p. 74).
Figure 1 depicts the main considerations discussed so far in this strategy, and the others to be
described in the sections to follow.
Example
Projects and
Prototypes
Industry Development
Market
Creation
Proprietary
Functions
Institutional
Arrangements
Other
Projects
Bureaucratic
Process for
Laws for Interconnection
Embedded
Generation
Costs decrease
With competition
And inc. stds.
Develop
And improve
standards
Financing
R&D Support
R&D Local
Schemes
Resource
Embedded
for Continuous
Manufacturing
Endowments
Renewable
Improvement
PV
/ WT
Power
IndustryAnnounce
Revise
Institutional
Detailed
Detailed
Coordination
National Plans
National Plans
Mature
Market
6.4 GW embedded
by 2040:
‡ 6% of generation
mix
Grid Parity
‡ 21,000 jobs
No More
Incentives
R&D Support
for Continuous
Improvement
‡ -29%
29% 2009 CO2
emissions
‡ +21% electricity
cost increase
Monitor and
Support
Innovation
Start-up
Growth
Maturity
(2010-2013)
(2013-2020)
(2020-2040+)
Figure 1. Strategy for the development of an embedded generation industry in Argentina.
3.1.2. Growth
This stage is when the proprietary functions are developed and the market is expanded. These
functions would build up under the increasingly competitive context of the growing industry. Costs of
technologies would decrease with the increasing supply, competition and learning curves, thus
increasing the accessibility to energy. Companies at this stage will focus on process innovation to
improve quality and efficiency, rather than on product innovation.
After the previously explained policy frameworks, a first step is to define the bureaucratic process for
interconnection in order for the proprietary functions to be developed and the market to be
expanded. This is related to assigning responsibilities for each one of the activities within a typical
project: from the stage in which a household asks for interconnection, through to the authorisation by
competent authorities and up to the actual monitoring and accounting of energy flows for registering
and managing the sales. To define this is one of the key milestones in the development of the
industry, where the different actors increase their level of coordination by developing the rules for
working together. In the Spanish case, the typical process for delivering solar thermal energy, for
example, has been defined to involve five agents: (1) the energy promoter, who sells therms to the
users, (2) the users, who have the solar thermal equipment installed in their private properties, (3)
the financer, who provides with funding to the energy promoter for the purchase of the solar thermal
equipment, (4) the installer, who actually installs the equipment in the usHU¶VSODFHDQGWKHtariffs
control centre, responsible for monitoring the energy consumption of the user and defining the
corresponding rebate tariffs to pay to the promoter (Carrasco, 2010). Figure 2 outlines these agents
and procedures that could also be applied to an Argentinean industry. Responsibilities for
authorising interconnection as a previous stage to the selling process need to be defined too. In the
Argentinean case, a regulation barrier today is tKH LQH[LVWHQFH RI WKH ³6PDOO JHQHUDWRU´ UROH ZLWKLQ
&$00(6$¶VUHJXODWLRQVWRDXWKRULVHJHQHUDWLRQSURMHFWVEHORZ0:WRJHWFRQQHFWHGWRWKHJULG
power spot market (Sinagra, 2010).
Alongside with the bureaucratic process definition, incentives and financing schemes are key
support structures to be implemented in this growth phase. On the one hand, the incentives are the
tools that would allow the new industry to grow within an already mature competitive substitute
market environment (current grid electricity system), but would then need to expire when the
renewable industry is mature and grid parity is achieved in the long term. These are also defined
within the policy framework and normally adopt the form of either pricing systems or quota systems,
or a combination of both (Sawin, 2006). The most common pricing system is the feed-in-tariff
system, which defines an extra amount payable to the energy promoter or user that is the difference
between the cost of generation with the new technology and the cost of sourcing from energy from
the grid. For example, Spain has a feed-in-tariff system with tariffs for solar PV of between 30 and 34
cents of Euro per kWh in 2010, and is planning a reduction in these as the market grows more
competitive (Ferrari, 2010). In contrast, Argentina has set tariffs for large installations of solar PV to
be at 0.90 AR$/kWh (0.23 USD/kWh) in the law 26,190, but this is not enough for making smaller
installations feasible to the promoter having the grid prices and solar PV costs shown in Figure 3 as
the bottom-line. With these, it has been calculated that the feed-in-tariffs would need to be 0.44
16
USD/kWh for small wind turbines and 1.39 USD/kWh for small solar PV , in order to make their
installation attractive in Argentina in 2010. This high barrier is due to the low market prices of
electricity from the grid and the high costs of renewables due to their start-up and imports context in
2010. Hence, a restructuring of grid electricity prices and the progressive removal of subsidies to
them would be needed as a long term strategy to leverage the incorporation of embedded
renewables and achieve a more equitable accessibility to electricity and more efficient energy
consumption.
Installer
Solar
thermal
system
Installation
price
Therms
Tariff
Control
Centre
Feed-inTariff
Energy
Promoter
User
Therms
price
Funds
Interests
Financer
Justification of solar thermal
energy consumption
Figure 2. Bureaucratic sales process for solar thermal energy in Spain.
The cases of solar PV or small wind could have the same bureaucratic architecture (Source: Carrasco, 2010).
Even though one of the objectives of the incentives is to accelerate the growth of the new industry so
it can be internalised in social acceptance and use within the time pressure constraints of local and
global problems, special attention should be paid when designing the pricing system in order to
prevent an excessive and early growth of the industry that could turn out to be not sustainable. This
is related to how high the tariffs are, how many projects are thus demanded, and how much money
LV DYDLODEOH IRU WKH JRYHUQPHQW DW WKH PRPHQW RI SD\LQJ IRU WKH WDULIIV DQG ³NHHSLng the system
JRLQJ´,QWKH6SDQLVKFDVHWKHVRODU39VHFWRURIWKHFRXQWU\LVXQGHUJRLQJDFULVLVLQ DIWHU
experiencing a spectacular growth in previous years (Macías, 2010). Solar PV installations boomed
in this country in 2008, after the regulations for feed-in-tariffs and interconnection procedures had
been published by the government with the Royal Decree number 661 in 2007. However, under the
international financial crisis context, the government passed the Royal Decree number 1578 in 2008,
whiFK IL[HG \HDUO\ HQHUJ\ TXRWDV SHU WHFKQRORJ\ WKDW OLPLWHG WKH KLJK JURZWK UDWHV ³7KLV ODVW
measure has meant a sudden stop for the sector and is provoking thousands of lay offs, according to
VHYHUDOFRPSDQ\VRXUFHV´(XURSD3UHVV
16
Feed-in-tariffs calculated by using a cost-benefit analysis with the discounted cash flow method, with a 15%
discount rate, and considering the roles of the schematic of Figure 2.
2.0
1.8
EAC (USD/kWh)
1.6
1.30
1.4
0.85
1.2
1.0
0.8
0.82
1.50
0.80
0.48
0.6
0.04
0.07
Grid electricity
avg generation
cost
0.2
Grid electricity
avg consumer
price
0.4
Renewable
energy system
5 (solar
pv+batteries)
Renewable
energy system
4 (just solar pv)
Grid connection
works
Diesel power
engine
Renewable
energy system
1 (just small
wind)
Renewable
energy system
2 (small
wind+batteries)
0.0
Figure 3. Comparative costs of electricity by type of technology in Argentina.
Each value is represented as an equivalent annual cost (EAC), based on the discounted cash flow of each technology
calculated with a discount rate of 15%. The values were estimated from market price surveys performed in June 2009
and March 2010. Ranges within values are due to the different load factors per geographic region for the renewable
systems, and to the fluctuations of oil market prices for the diesel power engines technology. The grid connection works
are considered to be to a 13.2 kV line, 100 mts away from the grid (Anteproyecto Nexo de Red Eléctrica, 2010).
On the other hand, creating financing schemes with the help of banking institutions would constitute
another important tool for improving the equity of access to renewables. This is especially true in
GHYHORSLQJ FRXQWULHV ZKHUH LW KDV EHHQ REVHUYHG WKDW ³PDQ\ VXEVLGLHV LQWHQGHG WR ERRVW SRRU
KRXVHKROG¶V SXUFKDVLQJ SRZHU RU UXUDO FRPPXQLWLHV¶ DFFHVV WR PRGern energy can, paradoxically,
OHDYHWKHSRRUZRUVHRII>«@EHFDXVHWKHEHQHILWVRIWHQJRWRHQHUJ\FRPSDQ\HTXLSPHQWVXSSOLHUV
and the better-RIIKRXVHKROGVHVSHFLDOO\LQWRZQVDQGFLWLHVUDWKHUWKDQWRWKHUXUDOSRRU´3HUVKLQJ
Mackenzie, 2006, p. 134). In other words, the national funds that pay for the feed-in-tariffs could fail
to be distributed in an equitable way to the people in most need, if those people could not afford to
pay the high initial capital costs of renewables (Gentile, 2010). Therefore, the role of the financer in
the schematic of Figure 2 is an important one that should come along with any pricing incentive
system, in order to overcome the investment accessibility barriers.
Standards are other important tools that would contribute to raise competition and reduce costs by
legitimising technologies. In the case of the current solar collector industry in Argentina, where INTI
is calling for manufacturers and developing certifications upon their WHFKQRORJLHV³VSHFLDO DWWHQWLRQ
QHHGVWREHSDLGWRWKHVWULQJHQF\RIWKHVWDQGDUGVRYHUWKHJURZLQJWHFKQRORJLHV´$QHVLQL
in order not to constrain their growth at the beginning.
Finally, market creation activities should continue to be stimulated by developing commercial
projects, and national plans should be revised in order to adjust future incentive levels and targets.
3.1.3. Maturity
During the maturity stage, incentives would have expired and companies would have achieved a
self-sustaining positiRQ ZLWKLQ LQGXVWU\ DQG VXEVWLWXWHV¶ IRUFHV7KH VWDWH RI grid parity would be an
indicator that the renewable technologies are as competitive as non-renewables. But would this
indicate the right moment when the incentives should expire? After looking at the parity case in
+DZDLL-LPpQH]DQG(FKHYHUULVXJJHVWHGWKDW³JULGSDULW\VKRXOGQRWLPSRVHWKHUHPRYDORI
LQFHQWLYHV´ S LI WKH UHQHZDEOH VHFWRU LV VWLOO VPDOO ,Q RWKHU ZRUGV SURYLGHG WKH VXEVWLWXWH QRQrenewable technologies are still a major choice, a levelled off cost scenario with renewables would
still not incentivise by itself the switch among technologies. Other alternatives than maintaining
LQFHQWLYHVRQUHQHZDEOHVZRXOGEHSURPRWLQJ³GLVLQFHQWLYHV´RUWD[HVRYHUGLIIHUHQWDFWLYLWLHV of the
supply chain of non-renewable technologies, such as fees over imports or over internal sales of
fossil fuels (UDES, 2008).
A self-sustaining position for companies would also mean that work is self-generated in the mature
phase, and this is tied to the rate at which new installations are requested, ultimately driven by an
infrastructural need for growth and by the levels of incentives. What would happen after a 6.4 GW
capacity of embedded generation is reached in 2040 if the grid and the economy could not absorb
more embedded capacity? In other words, what would happen if the exponential growth rate of
installations generated by the incentives could not be sustained as exponential anymore? This would
mean that many programs for installing more capacity would need to be terminated and industry job
positions would decrease suddenly (Brown Bustos, 2009, p. 179-180). This is again related to the
potential unsustainable conditions of an early rapid growth previously described in Section 3.1.2, and
DOVR WR ³ZKHQ´ DQG ³KRZ´ WKH LQFHQWLYHV VKRXOG EH GHFUHDVHG DQG H[SLUH $V VKRZQ LQ Figure 4,
incentives would drive growth and be effective for generating the momentum during early phases,
DQGWKH\ZRXOGEHSURJUHVVLYHO\GHFUHDVHGVR³JHQXLQH´LQIUDVWUXFWXUDOQHHGVDUHZKDWPDLQO\GULYH
growth in the maturity stage.
Main drivers
for growth
Infrastructural
needs
Point of
Inflection
Infrastructural
needs +
incentives
Introduce
Incentives
Incentives
Time
Incentive levels
Industry development
6.4 GW
Grid
Parity
Time
Figure 4. Industry growth curve and the levels of incentives.
3.2. Technology Roadmap
After identifying the main strategic considerations for growth, this section focuses on describing the
different technologies that would support the embedded generation industry infrastructure and
operation. Given the systemic nature of energy generation for a common power grid, several other
technologies would support the growth of this industry, apart from renewable generation
technologies. This wide range of technologies is represented in the detailed technology roadmap of
Figure 7 in the Appendix. Their evolution in time is discussed in this section and compiled for a better
understanding in a simpler version of the roadmap shown in Figure 5.
As it can be observed in the roadmap, the time horizon for the analysis is divided into short term
(2010-2013), medium term (2013-2020) and long term (2020-2040). The technological milestones
are identified to be within the following four main technological eras of transition.
(1) Small off-grid and large on-grid renewables era. This era would take place in the short term.
During this period, PERMER and GENREN programs would play a major role in implementing the
off-grid and large scale on-grid renewable technologies respectively, with wind power and solar PV
power. Initial projects would be important for raising awareness and building the capability that would
be the cornerstone for the future industrial evolution.
(2) Embedded integration and smart grid era. This era would occur in the medium term, and is
when the first massive commercial attempts would be done for interconnecting small renewable
generation to the grid. For this to happen, the grid as is in 2014 would need to be updated in terms of
infrastructure and complex smart transmission technologies.
On the one hand, a meshed power network would be needed. As embedded generation would alter
flows in the transmission system, a meshed system would reduce flows, leading to lower
requirements for assets (Jenkins et al., 2000, p. 19). ArJHQWLQD¶V JULG OD\RXW LQ LV UDGLDO EXW
transmission line expansions are taking place and will be finished by 2013-2015. These will close the
loop and transform the current radial system into a meshed layout (Pan, 2010).
Figure 5. Simplified Technology Roadmap.
On the other hand, some issues of embedded generation would push the system to become a smart
JULG 0RGHUQ GLVWULEXWLRQ V\VWHPV DUH GHVLJQHG IRU GLVWULEXWLQJ EXON\ SRZHU +RZHYHU ³ZLWK
significant penetration of embedded generation, the power flows may become reversed and the
distribution network is no longer a passive circuit supplying loads, but an active system with power
IORZV DQG YROWDJHV GHWHUPLQHG E\ WKH JHQHUDWLRQ DV ZHOO DV WKH ORDGV´ -HQNLQV HW DO S. 9).
Therefore, what used to be unidirectional flows of energy centrally controlled and dispatched by
CAMMESA, now would need to be managed in a different way for their bidirectional nature. Smart
17
metres and then net metres would be implemented to control the flow of measurements, pricing
and other information in both ways: both inside households, and back to the utilities. Many
generation units could be managed as one single virtual electric central, and distributed storage
devices would acquire certain level of importance for stabilising generation (Yuen et al., 2008).
These smart technologies would help improve energy efficiency, which would compensate for the
increase in electricity costs alongside with other energy efficiency programs within PRONUREE. The
price of energy would increase, but the total monthly bill will suffer less drastic increases because
energy consumption per capita will then be reduced with more efficient technologies and habits
(Brown Bustos, 2009).
(3) Intelligent grid era. This period would take place in the long term and involves the convergence
RI HQHUJ\ DQG WHOHFRPPXQLFDWLRQV¶ LQIUDVWUXFWXUHV LQWR DQ LQWHOOLJHQW VHOI-managed and automated
17
Net metering accounts for energy exported and imported from the grid, and charges upon the balance
between these.
energy system, also called the energy internet (Morales Barroso, 2009). During these times,
information technologies with Ethernet protocols would merge with energy systems to allow a better
control of supply and demand.
(4) Hydrogen economy era. Reaching an intelligent grid would set a developed basis of control
technologies for starting up with an interconnected hydrogen economy, where renewable
technologies could store the energy surplus by producing hydrogen, and this would be traded as a
fuel either for electricity generation, heating or transport.
3.3. Key Institutional Roles for Development
The roadmap displays a complex future comprising the development of many different technologies.
This is a challenge that will need to be achieved with the collective innovation efforts of different
institutions and companies as a coordinated and entrepreneurial community.
The development network is defined according to authority levels, responsibilities and knowledge
legitimacy. Each of the different stakeholders in the Argentinean industry would need to play an
active role within change initiatives. The Department of Energy would play a key role in leading the
industrial development. It would communicate the vision and targets, and ensure that the
implementation of changes is delivered timely, that resources are available and that institutions work
according to plans. It would also keep track of targets and would monitor the evolution of
development stages. The National Government authorities, the Congress and the Ministry of
Planning and Infrastructure would adopt key sponsoring roles, and would legitimise the authority of
the Department of Energy for the enforcement of rules and procedures to industrial initiatives.
The Ministry of Science, Technology and Innovation, alongside with the Ministries of Industry and
Education, and with the Secretary of Environment and Sustainable Development, with national
associations and certification institutions (such as INTI), would be important actors in mentoring the
growth of the industry. They would support the change initiatives, legitimising the knowledge and
policy updates developed through time. CONICET, Universities and other research institutions would
be partnering the development by designing solutions and spinning them off. Generation,
transmission and distribution companies, together with installers, promoters, banking institutions and
financers, manufacturing companies, and other sectors of the supply chain would be the
development enablers, responsible for materialising change and for working according to the new
defined schemes and rules.
Finally, CAMMESA, ENRE and other regulation institutions would play active roles in monitoring the
compliance of laws and market regulations throughout change and operation.
Some of the key institutional players are outlined in Figure 6FDWHJRULVHGDFFRUGLQJWR9DQGH9HQ¶V
community infrastructure factors for industry emergence.
4. Conclusions on the Conditions for Industry Development
After devising the needs and performing the backcasting analysis, the conditions for the
development of an embedded renewable generation industry are summarised in one major idea.
This is that the implementation of new energy solutions would need a change in how the society
thinks its technological progress and how it achieves a willingness to actually implement them. In
RUGHUWRVKLIWWKHXQVXVWDLQDEOHWUHQGVWKHTXHVWLRQVKRXOGQRWEH³DUHUHQHZDEOHVDIIRUGDEOHZLWKLQ
WKH FXUUHQW FRQWH[W"´ EHFDXVH WKH LPPHGLDWH DQVZHU LV ³WKHLU LPSOHPHQWDWLRQ LV QRW \HW DIIRUGDEOH
within a competitive substitute marNHW´DQGWKLVZRXOGSUHYHQWLPPHGLDWHDFWLRQIRUZRUNLQJRQWKHP
7KH TXHVWLRQ VKRXOG UDWKHU EH ³KRZ FDQ ZH PDNH LW SRVVLEOH"´ NQRZLQJ WKDW UHQHZDEOHV DUH
righteous technologies from an outset, which tackle the relevant problems of widely spread nonrenewables. Therefore, targets should be defined in the first place, assessing impacts and desired
states. After this, the design of the solutions is the design of the way in which their implementation
can be successful. It is thus concluded that the feasibility of implementing new solutions is a longterm relative concept that can only be evaluated after a period of time, and which mainly depends on
how the country works on them to make them affordable. Then, which are the key factors that would
shape the growth of the new industry? These are categorised into social, technological and
institutional dimensions, to be discussed in the following subsections.
Ministry of Planning and
Congress, ENRE, Department of
INTI, IRAM, CREE, AAEE,
Public Infrastructure,
Energy, CAMMESA, Provincial Sub- AAH2, CADER, ASADES,
Department of Energy
departments of Energy and
IAE
Distribution companies
Legitimisation
Ministry of Science,
Technology and Productive
Innovation, coordinated with
other technological
institutions
National Bank, other private
banks
IRAM, INTI, CONICET,
Private and Public
Universities
Science &
Technology
Financing &
Insurance
Laws,
Regulations
Standards
Cultural
Norms
Press & media, cooperatives,
Department of Energy,
companies, users
Market
Creation &
Demand
ENARSA, PERMER,
GENREN, Provincial Subdepartments of Energy (at
first), users and proper market
in the medium and long term
Competition
INTI, companies, ENRE,
CAMMESA regulate at first,
proper market in the long term
Institutional
Arrangements
Resource
Endowments
Industry
Emergence
Market
Consumption
Proprietary
Activities
Competence
Training &
Accreditation
Product
Development
Business
Functions
Resource
Channels
Electricity generation and distribution companies and supply chain
Figure 6. Key institutional roles for development.
4.1. Social Conditions
From the described needs and strategy, two main social conditions for development were proposed.
On the one hand, an active communication is needed for raising awareness of the energy reality and
that targets a change in habits towards a more efficient consumption of energy. Another
communicational objective should be to encourage the use of less polluting renewable energy
technologies.
On the other hand, accessibility to renewables versus non-renewables (substitutes) should be
levelled off. Competition and local capability building for improving quality and reducing costs would
contribute to widen accessibility. The endowment of financial resources also acquires an important
role in granting accessibility to people in most need, being PERMER an example in this.
These conditions should seek that the adoption of renewables would eventually be driven by market
pull instead of the industrial and governmental push with incentives.
4.2. Technological Conditions
Regarding to technology, firstly, the simultaneous and joint development of a broad range of
technologies would support growth and constitute the technology infrastructure needed for adopting
renewables. These supporting technology infrastructures were discussed in the eras of Section 3.2.
With time, the technologies will converge into an emerging infrastructure that would constitute the
renewable energy supply chain. In a first phase, continuous improvement should enable a better
integration of new solutions to existing buildings.
Secondly, appropriate make or buy decisions should set the cornerstone of a national industry.
18
Decisions could be made based on open innovation models for acquiring new technology
knowledge from foreign countries, and closed innovation models could be deployed later on for
developing a local supply chain that continuously improves in time. Policy on imports and exports
should be revised or updated in order to promote or support each model.
Thirdly, research and development should play an important role in embedding technology in the
country by connecting companies with shared knowledge generation mechanisms. The development
of national standards would also be important here to improve quality over time and regulate the
inflow of new requirements and inventions.
18
Open innovation is a model in which companies acquire and deploy technologies based on skills and
knowledge acquired from external sources, thus achieving low levels of organisational integration. On the
other hand, closed innovation is a model in which the research projects are launched from the science and
technology base of the companies, thus meaning high levels of vertical integration (Chesbrough et al., 2007).
4.3. Institutional Conditions
As far as institutions are concerned, the collective dimension of the work to be done is remarked,
being the government an active player on this process.
On the one side, the central government should adopt a key role in creating and legitimising the
conditions of growth and the willingness of users to adopt these new technologies. Roles like this
KDYH EHHQ SUHYLRXVO\ UHJLVWHUHG LQ WKH SDVW ³+LVWRU\ SURYLGHV DPSOH HYLGHQFH RI WKH DELOLW\ RI
governments to shape energy transitions, dating back to the mid-19th century, when UK government
subsidies to coal contributed to its rapidly increasing use, and helped fuel the industrial revolution.
Similar levels of government support have been found in subsequent energy transitions, including
WKRVH GULYLQJ RLO DQG QDWXUDO JDV SURGXFWLRQ DQG XVH DV ZHOO DV QXFOHDU SRZHU´ $VVPDQQ HW DO
2006, p. 132).
On the other side, the statement of a clear vision, thorough communication, coordination and
planning should be part of the governmenW¶V DFWLYH OHDGLQJ SURFHGXUHV (QGRZLQJ ILQDQFLDO
resources for research and development, defining new rules where gaps might exist, guaranteeing
an initial market for the new technologies, and monitoring progress are part of its support activities.
Further directions should orient work towards a collective alignment to a vision, which is a phase that
VKRXOGWDNHSODFHEHWZHHQWKHSUHVHQWDQGWKH³VWDUW-XSSKDVH´RXWOLQHGLQWKHVWUDWHJ\7KHQHHG
for institutional coordination towards a vision could be addressed by deploying collective technology
roadmapping activities as planning tools that are based on collective consensus, coordination and
EURDG VWDNHKROGHU LQYROYHPHQW ³7KH DLP RI D FROOHFWLYH URDGPDSSLQJ SURFHVV LV WR GHILQH IXWXUH
scenarios, visions aQG WKH OLNH DQG IURP WKHP GHULYH RSWLRQV IRU WHFKQRORJLFDO GHYHORSPHQW >«@
Research and innovation can and should be socially and collectively managed, resulting in the
development of collective decision making procedures. The implication for the dynamics of concrete
developments is that what starts as an option can be labelled as a technical promise, and may
subsequently function as a requirement to be achieved, and a necessity for technologists to work on,
and for others to support. This option-requirement-necessity sequence does not imply that it is an
autonomous socio-technical process. The transactions do not occur automatically, but are the result
of action and interaction of technologists, firms and governments. The transitions are a consequence
of DFWRUV DVVHVVLQJ ZKDW LV ³IHDVLEOH´ ZKDW LV ³REVROHWH´ ZKDW LV ³QHFHVVDU\´ DQG RI WKHLU HIIRUWV
IROORZLQJ WKH DVVHVVPHQWV´ 'H /DDW 0F.LEELQ Collective roadmapping activities can be
performed with the input of several stakeholders. These activities might be useful in current times,
when collective agreement appears to be a major challenge for shifting the unsustainable trends for
future development. In the beginning of a new energy revolution, the key question is then: can
Argentina work together and overcome this challenge?
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6. Appendix
Figure 7. Detailed Technology Roadmap.
Julio Bragagnolo, Julio C. Durán, Elena M. Godfrin, Ismael H Eyras, Hernán P.
Socolovsky, Ignacio Copa, Cristian Wallace. DzArquitecturas de Sistemas Para
Generación Fotovoltaica en el Ambiente Urbanodz
RESUMEN
La generación Fotovoltaica (FV) conectada a la red eléctrica en aplicaciones residenciales y
comerciales contribuye significativamente a la oferta eléctrica a nivel mundial. Los efectos de
sombras, más frecuentes en el ambiente urbano, imponen límites en el rendimiento de los sistemas
de generación FV y por lo tanto en el costo de la electricidad generada. En este trabajo analizamos,
utilizando el código de cálculo PVSYST, los efectos de sombras sobre módulos FV y calculamos las
variaciones en el rendimiento de sistemas FV de tamaño típico para el ambiente urbano,
comparando dos arquitecturas de sistema diferentes: conexión convencional en serie de módulos
FV con inversor central (CSIC), y conexión en paralelo de módulos dotados de micro inversores
(CPMC). El estudio realizado muestra que el uso de arquitecturas tipo CPMC puede aumentar el
rendimiento anual del sistema en forma significativa con respecto a las arquitecturas más
convencionales tipo CSIC, con sus consecuentes beneficios sobre el costo de la energía.
Palabras Clave: Arquitectura de Sistemas Fotovoltaicos, Conexión a Red, Pérdidas por Sombras.
INTRODUCCION
La generación Fotovoltaica [FV] conectada a la red eléctrica en aplicaciones residenciales y
comerciales contribuye significativamente a la oferta eléctrica a nivel mundial [1]. Los efectos de
sombras, más frecuentes en el ambiente urbano, imponen límites en el rendimiento de los sistemas
GHJHQHUDFLyQ)9\SRUORWDQWRLQFUHPHQWDQHOFRVWRGHODHOHFWULFLGDGJHQHUDGDµ/HYHOL]HG&RVWRI
(OHFWULFLW\¶ /&2( R ELHQ µ&RVWR 3URPHGLR GH OD (OHFWULFLGDG¶ &3( (Q FRQVHFXHQFLD GHEHQ VHU
considerados como un tema clave en el diseño de dichos sistemas en entornos urbanos. En este
trabajo analizamos los efectos de sombras sobre módulos FV y calculamos las variaciones en el
rendimiento de sistemas FV de tamaño típico para el ambiente urbano, comparando dos
arquitecturas de sistema diferentes: conexión convencional en serie de módulos FV (corriente
continua) con inversor central (CSIC), y conexión en paralelo de módulos dotados de micro
inversores [2] (CPMI). La Figura 1 muestra la arquitectura de un sistema FV con Micro Inversores
Modulares [MIM].
El uso de sistemas CPMI ofrece ventajas respecto de los CSIC bajo una pluralidad de situaciones
de sombras urbanas. La obstrucción por sombreado, total o parcial, de una o varias celdas solares
de módulos FV conectados en serie en sistemas CSIC, limita la corriente de los componentes
obstruidos y la de los componentes no obstruidos en serie con ellos. Por tal motivo, los módulos FV
incluyen diodos de paso, típicamente 3, que protegen de sobretensiones a las ristras (submódulos)
de celdas afectadas por las sombras, evitando la reducción de la corriente que circula por los
submódulos no alcanzados por ellas y minimizando en consecuencia las pérdidas del sistema en su
conjunto. La polarización en directa de algunos diodos de paso, ante la presencia de sombras
parciales, reduce, sin embargo, la tensión de trabajo del conjunto de módulos conectados en serie
en la configuración CSIC. Ello da lugar a que las pérdidas por sombras sean menores cuando cada
módulo de un sistema CPMI inyecta a la red la energía generada de forma independiente, aún con
la existencia de diodos de paso.
Figura 1: Instalación con micro inversores tipo CPMI.
Por otra parte, las pérdidas por sombra dependen de la proporción entre las componentes directa y
difusa de la irradiancia. El modelado de sombras es complicado por las grandes variaciones en
forma, tamaño y complejidad de los elementos que las provocan, incluyendo desde árboles de
forma aleatoria y variable a lo largo del año hasta edificios con geometría definida y sencilla.
Existen en la literatura ejemplos de cálculos comparando sistemas FV de tipos CSIC y CPMI [2],
con diferencias de magnitud que pueden afectar la rentabilidad de un sistema FV. Un ejemplo
temprano (1999) es la evaluación hecha para un proyecto en Sydney, Australia [3], en el cual fueron
instalados varias decenas de sistemas Plug&PowerTM. Este tipo de sistema incluye, además de
monturas mecánicas, cableado y unidad de monitoreo, módulos dotados de micro inversores
FRQHFWDGRV HQ SDUDOHOR >&30,@ HQ XQ GLVHxR GH WLSR µSOXJ SOD\¶ SUH DUPDGR µOLVWR SDUD LQVWDODU¶
Además de las ventajas potenciales de los sistemas CPMI, este tipo de sistema ofrece ventajas en
costos de diseño e instalación. Una evaluación de las ventajas en producción de energía para
Plug&PowerTM muestra una diferencia de 31% en el reintegro económico en 25 años a favor del
sistema tipo CPMI [5]. Obviamente, el valor preciso del reintegro depende, entre otras variables, del
sistema específico, de la cantidad de diodos en los módulos usados, de la irradiancia solar local y
del modelo económico. El presente análisis se dirige por lo tanto a dar un orden de magnitud de las
pérdidas de sombreado esperables en situaciones urbanas, específicamente en la Ciudad
Autónoma de Buenos Aires (CABA).
CALCULO DE PÉRDIDAS POR SOMBRA
En este trabajo utilizamos el código de cálculo PVSYST Versión 6.2.6 [4], un modelo estándar de la
industria FV. En él pueden introducirse sombras de geometría idealizada para calcular las
diferencias de rendimiento entre sistemas tipo CSIC y CPMI para diferentes casos. Como ejemplo
para ilustrar distintas situaciones con entorno de sombras típicas del ambiente urbano de la CABA
hemos simulado tres casos de interés práctico para sistemas residenciales o comerciales:
CASO 1. Sistema sobre techo de vivienda unifamiliar de dos plantas, sombreado por una torre
situada en la manzana ubicada al norte de la manzana en la cual se encuentra la vivienda. La
Figura 2 muestra una de las posiciones relativas analizadas. El caso más desfavorable corresponde
a la torre ubicada directamente enfrente de la vivienda.
CASO 2. Sistema sobre techo de edificio alto entre medianeras, sombreado por edificios más altos
a ambos lados [Figura 3].
CASO 3. Sistema sobre estructura de refugio de Metrobus en la Avenida 9 de Julio [Figura 4].
Para los CASOS 1 y 2 los parámetros del sistema modelado son:
x
Modelos de irradiancia empleados: Transposición Pérez; Difuso: Erbs, Meteonorm.
x
Orientación Plano Receptor: Inclinación 24° Acimut 0°
x
Módulos FV Si-poli Modelo YL250P-29b de Yingli Solar, de 250 Wp
x
Potencia global nominal del generador fotovoltaico (STC): 2000 Wp; 1795 Wp en operación a 50°C.
Este banco de módulos puede conectarse con dos arquitecturas de sistema:
x
CSIC: Ocho módulos en serie, con un inversor Sunny Boy SB 2100TL 1950 W CA, tensión de
funcionamiento 125-480 V, potencia nominal unitaria de 1,95 kW AC.
x
CPMI: Ocho módulos en paralelo, cada uno con un micro inversor Enphase Modelo M250-60-240S22/S23 con una tensión de funcionamiento 15-48 V, potencia nominal unitaria de 0,25 kW AC,
potencia nominal total de 2 kW AC.
Para el CASO 3, los parámetros del sistema FV son:
x
Modelos de irradiancia empleados: Transposición Pérez; Difuso: Erbs, Meteonorm.
x
Orientación Plano Receptor: Inclinación 12°, Acimut 90°
x
Módulos FV Si-poli Modelo YL250P-29b de Yingli Solar, de 250 Wp
x
Potencia global generador Nominal (STC): 23 kWp; 20.64 kWp en operación a 50°C.
Nuevamente consideramos dos arquitecturas de sistema:
x
CSIC: 23 módulos en serie, con 4 cadenas en paralelo [total 92 módulos] y un inversor Modelo
Sunny Tripower 20000 TLEE, tensión de funcionamiento 580-800 V; Potencia Nominal unitaria 20.0
kW AC.
x
CPMI: 92 módulos en paralelo, cada uno con un micro inversor Enphase Modelo M250-60-240S22/S23 con potencia nominal total de 23 kWp.
Los resultados del cálculo de PVSYST se resumen en la Tabla 1.
Notamos que sistemas FV con arquitectura CPMI, con módulos dotados de inversores individuales
conectados en paralelo genera en los dos primeros casos más energía que la CSIS, en que los
PyGXORV VRQ FRQHFWDGRV HQ VHULH (Q HO &$62 ³0HWUREXV´ HO DQFKR GH OD $YHQLGD GH -XOLR
impide que las sombras proyectadas por los edificios tengan un efecto significativo.
Claramente, este resultado depende del valor de numerosos parámetros, que elegidos de otra
forma pueden hacerlo variar. Sin embargo, nuestro análisis rinde variaciones en acuerdo con otros
cálculos [6] que muestran ganancias en producción de energía mayores para sombras de mayor
magnitud.
IMPACTO SOBRE EL COSTO PROMEDIO DE LA ELECTRICIDAD
Es de interés analizar el impacto de las diferencias en energía eléctrica generada sobre su costo
promedio, preguntándonos si las ventajas en generación del sistema CPMI son compensadas por
un mayor costo. Cualquier modelo de costo de la electricidad corre el riesgo de resultar lejano a la
realidad, ya que debe necesariamente contener un gran número de hipótesis. En particular, la
ausencia en Argentina de tarifas impide trasladar datos de colección de energía a ingresos de
dinero relevantes. En este trabajo presentamos un cálculo simple suponiendo que costos e ingresos
están expresados en dólares US [USD]. En particular, hemos tomado los costos de componentes en
su lugar de compra [FOB], tomando datos de internet [7].
x
Costo de Inversión: Respecto de costos de componentes, hemos supuesto USD 0.7/Wp para
módulos, USD 0.62/Wp para micro inversores [7] y USD 0.48/Wp para el inversor central [8].
Para el sistema tipo CPMI hemos agregado una unidad de enlace de comunicaciones que
puede monitorear los micros inversores y gestionar el sistema con un costo de USD 0.25/Wp.
Es razonable además que el costo de montaje mecánico, diseño, ingeniería e instalación de
ambos tipos de sistema sea muy similar, resultando en un costo de inversión esencialmente
igual.
x
Costo de operación y mantenimiento [O&M]: Este costo tiene incertezas considerables. La
degradación de módulos es del orden de 0.5% por año y mejora constantemente [9]. La
durabilidad de los inversores usados sobre 25 años de operación tiene incertezas mayores. A
falta de datos sobre sistemas reales consideramos el Tiempo Medio Entre Fallas [TMEF] [Mean
Time Between Failures o MTBF en Ingles], que para micro inversores e inversores centrales
MTBF excede 300 y 15 años respectivamente [10]. La probabilidad de falla [PF] en 25 años
para 8 micro inversores [sistema CPMI] calculada a partir de los valores de TMMF es de 64%:
es decir cinco de los ocho micro inversores puede fallar en los 25 años de vida del sistema
CPMI.
Para el inversor central [sistema CSIC], PF es 81%: es altamente probable que el inversor falle
durante la vida del sistema. Sin embargo, el costo de reemplazo de un micro inversor con
garantía de 25 años [11] puede considerarse nulo. La garantía del inversor central Sunny Boy
SB 2100TL es de 5 años [12] y podemos esperar que sea necesario reemplazarlo, con costo
adicional mínimo igual a su precio actual más el costo de servicio. Respecto de la disponibilidad
de los sistemas, se pueden esperar tiempos de reposición del orden de las 24 horas, lo que
resulta también despreciable con mínimo error. De estas consideraciones concluimos que el
costo de comprar, mantener y operar sistemas domiciliarios de este tipo es esencialmente el
mismo: las diferencias entre las energías producidas se reflejan directamente en los ingresos,
que dependen de la tarifa supuesta. Finalmente consideramos el costo de monitoreo de
sistemas domiciliarios como provisto por el dueño o libre de cargo por el proveedor del sistema
y por lo tanto de costo nulo.
Los resultados derivados de estas hipótesis dan costos de sistemas CPMI levemente altos que los
de CSIC. Los costos de O&M son esencialmente nulos, con la excepción del costo de reemplazo del
inversor central debido a su garantía menor. El sistema tipo CPMI genera más energía a un costo
no superior al tipo CSIC.
&$/&8/2'(620%5$6µ'(/*$'$6¶
A fin de verificar el modelo utilizado por el código PVSYST, se realizaron mediciones de curvas
corriente-tensión y de pérdida de potencia generada sobre un sistema FV instalado en la terraza del
edificio Tandar del Centro Atómico Constituyentes (CAC). Este sistema tiene una capacidad nominal
de 4,8 kW [Figura 5], compuesto por 20 módulos FV de la firma SolarWorld de 240 W, con 3 diodos
de paso cada uno (o sea, un diodo de paso cada 20 celdas solares). Los módulos FV están
orientados al norte y tienen una inclinación de 34° con respecto a la horizontal. El sistema en
cuestión está en servicio desde Noviembre de 2013 y alimenta a 2 inversores comerciales de
conexión a red: 12 módulos FV están conectados a un inversor de 2,8 kW y 8 módulos FV, a otro de
1.5 kW. Este sistema está bajo sombra producida por una baranda de protección de
aproximadamente 1,2 m de altura y 5 cm de diámetro situada al Norte de la instalación, a 1,1 m de
su extremo Este. El frente del edificio apunta en dirección NNE, a alrededor de 20° con respecto al
Norte, motivo por el cual la baranda y la línea de módulos no son paralelas. Desde mediados del
mes de Marzo esta baranda proyecta sombra sobre los módulos [Figura 6]. La sombra aumenta
sobre el sistema FV en invierno: en el mes de Junio dura más de tres horas.
Figura 6: Sombreado parcial de los paneles solares producido por la baranda durante la mañana.
La Figura 7 muestra la curva I-V medida de un módulo FV con sombra parcial sobre celdas de 2
submódulos (cadena de 20 celdas protegida por un diodo de paso). Se observa claramente que la sombra
parcial sobre 2 celdas de un submódulo disminuye la corriente entregada por todo el submódulo,
produciendo en consecuencia una pérdida muy alejada de la linealidad con la sombra que la produce. En
el caso particular de la Figura 3, la potencia generada por el módulo en el punto de máxima potencia se
reduce de 225 W (sin sombra) a 140 W (con sombra parcial), o sea una disminución de
aproximadamente 40% en la potencia con una sombra parcial que representa menos del 3% de la
superficie del módulo.
A partir de la curva I-V medida, se determinó la curva I-V de un submódulo sin sombras y con sombra
parcial producida por la baranda. Ello permitió generar numéricamente[13] la curva I-V de un módulo o
de un conjunto de módulos conectados en serie, con sombras parciales sobre diferentes cantidades de
submódulos, permitiendo así evaluar las pérdidas de potencia bajo diferentes condiciones de operación.
La Figura 8 muestra la curva I-V así obtenida para un módulo con 2 submódulos con sombra parcial. Se
observa un buen acuerdo con la curva I-V medida.
Utilizando el procedimiento descripto en el párrafo precedente, se simuló el comportamiento de una
cadena de 12 módulos en serie, sin sombras y con sombras parciales en 2, 3 (1 módulo), 6 (2 módulos) y
9 submódulos (3 módulos). La Figura 9 muestra las curvas I-V correspondientes, mientras que en la
Tabla 2 se presenta la potencia en el punto de máxima potencia
Se estimaron las pérdidas de energía para un sistema FV de 2,8 kW, instalado en el Centro Atómico
Constituyentes, debidas a la sombra producida por una baranda en días despejados. Estas pérdidas
representan una cota máxima ya que las mismas disminuyen ante la presencia de nubosidad debido a la
disminución de la radiación solar directa. El análisis se realizó a partir de mediciones de perfiles de
carga realizadas mediante un analizador/registrador de red, para el intervalo de marzo-junio de 2014,
meses en los cuales el sistema sufre de sombreado parcial (dicho efecto se prolonga hasta septiembre,
con simetría en el solsticio de invierno). Las estimaciones arrojan valores de las pérdidas que superan el
10% para días cercanos al 21 de junio, siendo significativamente menores en abril para finalmente ser
despreciables en fechas cercanas a los equinoccios.
La evaluación de las pérdidas por sombras sobre períodos que incluyan días no despejados es compleja,
requiriendo un conocimiento detallado de la variación de la radiación solar directa y difusa a lo largo del
año y una estimación de las pérdidas en días no despejados y con diferentes grados de nubosidad.
CONCLUSIONES
El estudio realizado muestra que el uso de arquitecturas tipo CPMI puede aumentar el rendimiento
anual del sistema en forma significativa con respecto a las arquitecturas más convencionales tipo CSIC,
con sus consecuentes beneficios sobre el costo de la energía entregada. Dicho aumento depende
fuertemente del tipo de sombras y del movimiento de las mismas sobre los módulos FV a lo largo del día
y en diferentes épocas del año, alcanzando valores del 10% o aún mayores para instalaciones con
sombras importantes.
REFERENCIAS
[1] Global Market Outlook for PV 2014-2018 Ȃ European PV Industry Association (EPIA), 2014.
http://www.epia.org (Septiembre 18, 2014).
[2] Innovative AC photovoltaic module system using series connection and universal low-voltage micro
inverters, Mika Nuotio, Milan Ilic, Yang Liu, Jon Bonnano, and Pierre J. Verlinden, 40th IEEE PVSC, June
2014.
[3] Photovoltaics Innovation for Growth: Grid Connected Rooftop PV for Renewable Energy Generation,
Julio A. Bragagnolo and Peter Lawley, Pacific Solar Pty Ltd. Proceedings CNEA 1999.
[4] http://www.pvsyst.com
[5] Economic comparison of central versus module inverters in residential rooftop photovoltaic systems,
D.M. Roche, Proceedings of Solar 2002 - Australian and New Zealand Solar Energy Society.
[6] Partial Shade Evaluation of Distributed Power Electronics for Photovoltaic Systems, Chris Deline,
National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA, Jenya Meydbray, Matt Donovan and Jason
Forrest, PV Evolution Labs, Davis, CA, USA, Proceedings 2011 IEEE PVSC.
[7]
http://www.solarpanelstore.com/solar-power.enphase_micro_inverters.html
(Septiembre
18,
2014).
[8] http://pvstore-europe.com/other-inverters/sma (Septiembre 18, 2014).
[9] Survey of PV Field Experience, Utility/Lab Workshop on PV Technology and Systems, Dirk Jordan,
November 8-9, 2010, Tempe, Arizona, NREL/PR-5200-49854.
[10]
http://hespv.ca/hesproductspecs/technical-
bulletins/enphase/Enphase_WhitePaper_Reliability_of_Enphase_Micro-inverters.pdf (Septiembre 18,
2014).
[11] http://enphase.com/global/files/M250_Warranty_NA.pdf (Septiembre 18, 2014)
[12]
http://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny-boy-1300tl-1600tl-
2100tl.html#Technical-Data-8644 (Septiembre 18, 2014)
[13] Development of solar arrays for Argentine satellite missions, M. Alurralde et al., Aerospace Science
and Technology, doi:10.1016/j.ast.2012.02.012, 2013.
Abstract #1> Cecilia Vespasiano, Lidia Giuffré y Gabriela %HQLWR ³/D
importancia de los espacios verdes urbanos en un contexto de cambio
FOLPiWLFR´ &iWHGUD GH (GDIRORJtD-Departamento de Recursos Naturales y
Ambiente-Facultad de Agronomía-Universidad de Buenos Aires.)
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras):
En un contexto de cambio global, la Ciudad de Buenos Aires presenta tres principales
problemas: por un lado el aumento de CO2 que se encuentra directamente relacionado con la
disminución de sumideros debido al reemplazo de superficies vegetales por edificación; por
otro lado, el riesgo de inundaciones crecientes en el área es un problema permanente, que
podría agravarse en el futuro por una convergencia desfavorable de factores naturales y
antrópicos, entre los que debe incluirse el incremento del nivel del mar y del régimen de
precipitaciones por efecto del calentamiento global. Por último, el aumento de la temperatura
HQODFLXGDGJHQHUDXQIHQyPHQRFOLPiWLFRSDUWLFXODUFRQRFLGRFRPR³,VOD8UEDQDGH&DORU´.
En general, la temperatura en la Ciudad de Buenos Aires fluctúa de forma tal que los valores
más altos se registran en el área más densamente edificadas. Entre las causas que generan
este fenómeno se resalta la disminución de la evaporación debida al reemplazo de los
espacios verdes por pavimento, lo cual favorece el rápido escurrimiento de la precipitación e
impide el almacenamiento de agua en el suelo. Los espacios verdes urbanos son muy
apreciados por sus múltiples atributos y funciones. Dentro de los servicios ambientales que
brindan los espacios verdes en las grandes urbes de climas húmedos -acorde a las
problemáticas mencionadas en la ciudad- se puede resaltar su función como sumidero de
CO2 y la capacidad de absorción de las precipitaciones. La Cátedra de Edafología efectúa un
monitoreo de suelos de espacios verdes públicos, focalizando en el contenido de carbono. El
suelo actúa de interfase, resultando en muchos casos un receptor silencioso de carbono, que
influye sobre la estructuración e infiltración del agua permitiendo al agua quedar dentro del
sistema, disminuyendo el riesgo hídrico que afecta a personas y bienes materiales.
PALABRAS CLAVE
Carbono, suelo, sumidero, temperatura.
Abstract #2> Cristian Dal Bianco, Mariela Marcilese y Jorge Czajkowski.
³Un aula de la Facultad de Arquitectura. Evaluación térmico-energética y
VLPXODFLyQ FRQ (QHUJ\ 3OXV´ /DERUDWRULR GH $UTXLWHFWXUD \ +iELWDW
Sustentable. Facultad de Arquitectura y Urbanismo ± Universidad Nacional
de La Plata.)
Un aula de la Facultad de Arquitectura. Evaluación térmico-energética y
simulación con Energy Plus.
RESUMEN:
Este trabajo se realiza en un aula de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad
Nacional de La Plata - Buenos Aires, Argentina. El objetivo es evaluar las condiciones de confort
interior y la influencia de la ocupación por parte de los alumnos respecto de la temperatura y la
humedad del aula en época de calor. Se realizan auditorias con microadquisidores de datos
HOBO siguiendo el protocolo de mediciones del LAyHS, se toman datos de temperatura y
humedad relativa en dos puntos opuestos del aula y una toma de dato exterior ubicada en la
terraza de la misma. Con el resultado y análisis de las mediciones se procede con la simulación
energética mediante el software Energy Plus. Los resultados permitirían comparar las reales
condiciones higrotérmicas interiores, con las condiciones surgidas en la simulación del aula, para
luego proponer mejoras a partir de diseño ambientalmente consciente.
Palabras clave: aula, facultad, simulación energetica.
Abstract #3> Lic. Francisco Javier Díaz, Ing. Néstor Edgardo Castro y Lic.
&ODXGLD *XLGRQH ³Instalación Piloto de un generador fotovoltaico en la
)DFXOWDGGH,QIRUPiWLFDGHOD81/3´Facultad de Informática/UNLP)
Palabras claves: energía-fotovoltaico-medioambiente-sustentabilidad-universidad
Instalación piloto de un generador fotovoltaico en la Facultad de Informática de la
UNLP.
Introducción
La Facultad de Informática desde el año 2009 realiza un fuerte abordaje de la temática
medioambiental a través del Programa e-Basura y de actividades que comprenden la
campaña Informática Verde. A principios del año 2012 integrantes de la CNEA departamento de Energía Solar- y Docentes de la UNSAM le propusieron al entonces
Decano de la Facultad, Lic. Javier Díaz, la posibilidad de participar en un proyecto
relacionado con la utilización de energía fotovoltaica (IRESUD).
Objetivo
El objetivo del presente trabajo radica en la descripción de la experiencia de emplazamiento
y utilización de energía renovable en una institución de educación superior pública y gratuita,
estableciendo un fuerte precedente en el cuidado del medioambiente y el desarrollo
sustentable.
Metodología empleada
La instalación es la más grande en su tipo en Argentina (16.6 kWp) y requirió una etapa de
análisis previo en escala mayor comparada con las instalaciones previstas inicialmente en el
mismo proyecto.
Para colocar los 72 módulos fotovoltaicos necesarios para generar la potencia antes
mencionada ±área cubierta 120 m2-, se emplazó una estructura metálica de tamaño no
convencional. Asimismo, se puso en funcionamiento una Estación Metereológica con el
objetivo de controlar las condiciones climáticas que pudieran afectar el rendimiento del
generador.
Resultados obtenidos
Para el Proyecto IRESUD significa un aporte, entre otros, en la elaboración de las normas
necesarias para el uso de este tipo de instalación que inyecta energía en red interna o bien
en la red del distribuidor de energía local.
Para la Facultad implica contribuir al ahorro de consumo de energía eléctrica convencional y
un aporte significativo al cuidado del Medioambiente. Finalmente, generar un espacio
formativo para que los estudiantes puedan investigar productos vinculados con las energías
renovables.
Abstract #4> Gabriela Civeira ³SECUESTRO DE CARBONO EN SUELOS
%$-2$*5,&8/785$85%$1$´Universidad Morón e INTA)
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras): La agricultura urbana y periurbana (AUP) permite
cultivar plantas (comestibles: hortalizas y granos y ornamentales: forestales y flores) y criar
animales dentro de ambientes urbanos y periurbanos. En la Argentina existe dentro y alrededor
de varias ciudades predios que son utilizados para llevar a cabo la AUP. Asimismo, La AUP ha
crecido en importancia debido a que juega un rol fundamental en la seguridad alimentaria y
además permite modificar: el paisaje, los espacios verdes, la economía urbana, la pequeña
agroindustria familiar (creación de fuentes de empleo), los usos de la energía (impulso a
energías alternativas y renovables, reciclado de residuos orgánicos e inorgánicos) y la
contaminación y degradación de suelos, aire y agua (reutilización de RSU mediante compostaje,
recuperación de suelos). Los suelos de estas áreas han sido sometidos a diferentes grados de
degradación y contaminación, sin embargo pueden ser posibles sitios para retención del carbono
atmosférico mediante prácticas de remediación y de AUP disminuyendo los impactos en el
cambio climático en las ciudades. Para el área del conurbano bonaerense aun no se han hecho
estimaciones de retención de carbono en estos agrosistemas. Analizar los contenidos de C a
nivel de municipios en la cuenca Matanza Riachuelo es el propósito de este trabajo. Teniendo en
cuenta los sitios y sus usos permitidos en la cuenca donde se puede efectuar la AUP se
realizaron las estimaciones de C en los suelo para algunos municipios de la cuenca Matanza
Riachuelo. La estimación de los contenidos de C orgánico se realizó mediante la aproximación a
través de la clasificación de suelos que utiliza el C promedio y el área estimada que ocupa cada
tipo de suelo para obtener los contenidos de C en el perfil. El método que utiliza a la clasificación
de suelos es un buen marco de trabajo ya que la estimación del SOC se hace reduciendo la
variabilidad intra unidad del C del suelo. El municipio de Pilar presentó el mayor contenido de
2
carbono orgánico (18 kg C m- ) en los primeros 20 cm de suelo. El municipio de Cañuelas
2
presentó un contenido intermedio de C orgánico en los suelos (14 kg C m- ). El municipio de La
Matanza presentó el menor contenido de C orgánico en relación a los demás municipios (18 kg C
2
m- ). Al analizar el contenido de C en profundidad (20 a 100cm) los suelos a nivel municipal
6
presentaron la misma tendencia. El almacenamiento de C (Gd.=10 kg.) por área ocupada para
el uso agrícola (AUP) fue mayor en el municipio de Cañuelas, intermedio en Pilar y menor en La
Matanza (11 Gd.; 3,9 Gd. y 2,1 Gd; respectivamente). Este trabajo preliminar demuestra que los
suelos de la región metropolitana bonaerense bajo agricultura periurbana pueden representar un
componente importante en el ciclo del C a nivel local y también regional. Por lo tanto,
mantenerlos como sitios bajo AUP disminuiría las emisiones a la atmósfera disminuyendo el
cambio climático en las ciudades.
Abstract #5> María Marta Herrera, y Alejandro 0HVD ³9$5,$%/(6
SIGNIFICATIVAS PARA LA DETERMINACIÓN DEL DISEÑO URBANO DE
BARRIOS RESIDENCIALES EN ENTORNOS DE BAJA DENSIDAD DEL
ÁREA METROPOLITANA DE MENDOZA. Evaluación de estrategias de
DKRUURHQHUJpWLFRHQODHGLOLFLDXUEDQD´
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras):
El rol de las ciudades en el cambio climático, en términos de mitigación de emisiones y
adaptación a los impactos locales y regionales, es un tema de creciente interés y
preocupación. Los desafíos y oportunidades de dicho cambio en el futuro, a largo, mediano y
corto plazo, están reconocidos como elementos fundamentales en la planificación urbana
estratégica para el siglo XXI. Uno de los aspectos de gran importancia es el referido al
ahorro de energía y la eficiencia en su consumo, debido a la creciente escasez de los
recursos convencionales y el elevado nivel de polución ambiental que caracteriza su uso. En
este contexto, el consumo energético residencial guarda una estrecha relación con las
condiciones meteorológicas del lugar, principalmente porque la climatización representa la
mayor proporción del mismo, y por ello, las variaciones que inevitablemente producirá el
cambio climático deben ser tenidas en cuenta en planificaciones a largo plazo. Es así que la
Arquitectura y el Urbanismo deben elaborar modos adecuados para dotar de una
habitabilidad sostenible a las ciudades, principalmente en sus sectores residenciales de
baja densidad.
El presente trabajo muestra los primeros resultados de un estudio orientado a establecer las
principales problemáticas en el diseño de barrios residenciales de la provincia de Mendoza,
analizando las diferentes variables significativas a partir de la caracterización de situaciones
típicas de los barrios en su estado actual, asociadas a los requerimientos energéticos para
climatización edilicia y su potencial de adaptación al cambio climático. El estudio analiza un
barrio localizado en el Área Metropolitana de Mendoza, donde se determinaron los
requerimientos energéticos y el tipo de sistema constructivo utilizado, para luego establecer
las variables relevantes y definir posibles estrategias bioclimáticas en el diseño
urbanoarquitectónico
de dicho barrio. Los resultados obtenidos permiten identificar criterios de
diseño urbano para mejorar el potencial de las condiciones de habitabilidad del sector
residencial seleccionado, contribuyendo desde el diseño urbano-arquitectónico al ahorro y la
eficiencia energética de barrios en la ciudad de Mendoza.
Palabras claves: cambio climático; eficiencia energética; requerimientos energéticos;
sectores residenciales; variables.
Abstract #6> MPhil. ,QJ -XOLDQ ,JQDFLR 7XFFLOOR ³DISTRIBUTED
RENEWABLE GENERATION OF ELECTRICITY IN ARGENTINA: A
7(&+12/2*<52$'0$3³%RUHDV$XVWUDO6$
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
In 2014, Argentina is experiencing an energy crisis with seasonal power outages and a growing
55% of fossil fuels in the electricity generation mix. Furthermore, between 600,000 and 1,200,000
people have no access to the power grid. Four core needs were detected, related to these
problems: (a) the need for equity in the access to energy; (b) the need for security and resilience
of grid power supply; (c) the need for reduction of greenhouse gas emissions; and (d) the need
for institutional coordination for supporting new technological developments.
Considering these needs, this paper proposes a future vision in which the country has a
diversified energy economy partly based on renewable embedded generation. What would
Argentina need to work on, when, and with which resources? Who would the key institutional
change agents for achieving this vision be?
The paper delivers some strategic insights as a draft proposal for the development of a
distributed renewable energy industry in Argentina. It is based on a pro-active backcasting
method, in contrast with deterministic forecasting approaches. A Technology Roadmap is
employed as the core methodology, which graphically sets the vision and defines the
technological options. In addition, the strategy and main agents for leading the change are
LGHQWLILHG IROORZLQJ 9DQ GH 9HQ¶V DQG &KDQJ¶V IUDPHZRUN IRU XQGHUVWDQGLQJ WKH HPHUJHQFH RI
new industries (Van de Ven, 1993). Both the vision and the roadmap are built considering the
visions and perceptions from structured interviews to thirteen leaders and professionals in the
Argentinean energy industry. A brief benchmark of some characteristics of the development of
the Spanish distributed renewable energy industry is also performed.
For the purpose of designing and explaining the strategy, a hypothetical vision-scenario was
analysed, where it was considered that a fraction of 20% of the total households adopted a 50%
wind and 50% solar PV mix of embedded systems. As shown in Figure 1, it was found that this
would represent approximately 6.4 GW of small wind and solar PV by 2040, what would mean a
6% share in the total energy mix, a 29% reduction in carbon dioxide emissions (compared to
2009 levels), approximately 21,000 jobs created and an increase of 21% in the average cost of
electricity of 2009.
The main results are that Argentina would need to endow more resources and work on making
institutional arrangements in order to continue stimulating the growth of the off-grid and large
scale renewable energy industry. This would be a pillar for building capability towards the
interconnected small-scale renewable supply and smart grids. Among other factors, social,
institutional and technological issues are addressed, related to the development and integration
of dispersed renewable generation to the existing system.
Index Keywords
Accessibility to energy, embedded renewable electricity generation, diversity and security of supply,
small scale solar and wind power, vision and technology roadmap.
Abstract #7> Noemí Ontiveros Silvina, Silvina Magdalena
Manrique y Judith Franco³%2648(61$7,926%,2(1(5*Ë$<
&$0%,2 &/,0È7,&2´ Instituto de Investigaciones en Energía
No Convencional (INENCO, UNSa ฀ CONICET))
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras):
Los ecosistemas boscosos, como significativos reservorios de carbono, juegan un importante papel
en el balance de carbono global y pueden ser empleados para mitigar las emisiones de gases efecto
invernadero (GEI) mediante diferentes estrategias: reducción de deforestación y degradación de
bosques; incremento del secuestro de carbono en bosques nuevos y existentes, y sustitución de
combustibles fósiles por empleo de biomasa. La biomasa, con su diversa manifestación y heterogénea
distribución, tiene un rol preponderante como fuente de energía alternativa, renovable, disponible
localmente y a bajo costo. Los sistemas bioenergéticos presentan numerosas particularidades que
deben ser analizadas en cada caso, en la búsqueda de optimizar los beneficios potenciales,
incluyendo una planificación integrada y consensuada de los recursos naturales y bosques nativos.
En el contexto del CCG los bosques son particularmente sensibles o vulnerables (V), debido a que la
larga vida útil de los árboles no permite una rápida adaptación. Existe escasa información sobre la
vulnerabilidad (V) de los bosques nacionales al CCG. El conocimiento más profundo de estos
ecosistemas posibilitaría reducir su sensibilidad y mejorar su CA, a fin de lograr no sólo la reducción
de emisiones de GEI a la atmósfera, sino también el mantenimiento del flujo de bienes y servicios
ecosistémicos (BySE) derivados de los mismos, logrando un equilibrio entre necesidades humanas y
conservación del medio natural.
En este sentido, el objetivo de este trabajo es evaluar la V, analizando factores de exposición,
sensibilidad y capacidad adaptativa (CA) del ecosistema de Yungas, en dos municipios de la provincia
de Salta. Metodológicamente se construirá un modelo conceptual del sistema, haciendo explícitos los
procesos y estructuras que dan cuenta a la funcionalidad del mismo y sus posibilidades de respuesta
adaptativa al CCG. Mediante de relevamiento de información primaria y secundaria se estudiarán los
factores de exposición y sensibilidad en cuanto a la demanda de dendroenergía. La CA inherente se
analizará evaluando almacenamiento de carbono y producción de madera (muestreo sistemático) y
regulación de GEI (CO2, NH4, N2O mediante cámaras de acumulación). Desde la perspectiva de la
Ecología Política, se analizará la CA socio-económica, empleando metodologías cuali-cuantitativas. Se
analizarán las características de los bosques y factores que favorecerían su mantenimiento y/o
fragilidad al CCG, a fin de proponer estrategias que permitan enfocar las medidas de adaptaciónmitigación en la gestión forestal y territorial.
Los resultados obtenidos permitirán elaborar pautas y recomendaciones metodológicas, técnicas y/o
normativas que coadyuven a la mitigación de los efectos de CCG en la región. Asimismo resultarán
valiosos instrumentos para replicar los estudios en otros sectores del país, con una visión integral
que posibilite la exitosa adaptación de los ecosistemas forestales al CCG.
Palabras Claves: biomasa, bosques, cambio climático, capacidad adaptativa, vulnerabilidad.
Abstract #8> Dr. Rubén D. Piacentini, Ing. Marcelo G. Vega, HT
Érica A. Colom, TCO Raúl Riganti y Téc. Química Laura Tosello.
³Experiencias de Gestión en Consumo de Energía Eléctrica en
Edificios MunLFLSDOHV³5RVDULR´$SOLFDFLyQDODFLXGDGGH
5RVDULR³Universidad Nacional de Rosario)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras): La gran mayoría de los edificios públicos de
Argentina en general y de Rosario en particular, no han sido diseñados teniendo en cuenta
criterios de sustentabilidad. En el presente trabajo, presentamos un Programa de gestión del
consumo de energía eléctrica (en gran medida generada por fuentes fósiles) en edificios
municipales, de modo de lograr la reducción de dicho consumo. Aplicamos el enfoque de Calidad
Total, basada en el círculo PDCA [Planificar- Desarrollar- Comprobar- Actuar] y la Mejora
continua, considerando las siguientes actividades: a) Competencia (formación y toma de
conciencia del personal), b) Comunicación (relacionada con el desempeño energético), c)
Documentación, d) Control Operacional, e) Diseño y f) Verificación, análisis e información de
resultados. El Programa fue aplicado en la Municipalidad de Rosario, analizando en detalle los
flujos de energía eléctrica entrantes, utilizados y salientes (pérdidas), con el objetivo de lograr
reducir el consumo anual en al menos 10%, respecto del año anterior. El Programa garantiza su
viabilidad a través de efectivizar tres estrategias: a) Estrategia de Comunicación; b) Estrategia de
Normalización y Sensibilización; b) Estrategia de Sustitución Tecnológica. Dicha Municipalidad
tiene un personal de unos 12 mil empleados y directivos, entre planta permanente, vigilancia,
limpieza y contratados. El proceso de implementación fue realizado bajo la metodología de la
1RUPD ,5$0 ,62 ³6LVWHPD GH JHVWLyQ GH OD HQHUJtD-Requisitos con orientación para su
XVR´ 'LFKD ,PSOHPHQWDFLyQ WXYR OD VLJXLHQWH OtQHD GH DFFLyQ ž 'LDJQyVWLFR (QHUJpWLFR
Relevamiento de sistemas eléctricos en general. Análisis de rendimiento y eficiencia 2º Estudio
de Posibles Soluciones. Simulación. Optimización. Evaluación económica y financiera. 3º
Campaña de concientización y sensibilización sobre la importancia de ahorrar energía 4º Diseñar
un programa de capacitación para personal municipal, las empresas de limpieza y de seguridad
para concientizar sobre el ahorro energético. 5º Diseñar un plan de mantenimiento de equipos
contemplando la eficiencia energética y vida útil. 6º Verificación final. Testeo de índices Como
principales resultados, hemos obtenido en el primer bimestre auditado valores picos de ahorro
del 46 % y un promedio ponderado de 10.8 %, entre los bimestres 1/2012 y 1/2013, para los 263
edificios auditados de la administración municipal. Cabe aclarar que estos datos preliminares se
han obtenidos mediante una capacitación de los directivos y mensajes a los empleados y sin
haber efectivizado aún las estrategias de normalización y sustitución tecnológica. En el futuro,
generalizaremos este estudio, al uso eficiente de gas natural y combustibles.
Abstract #9> Dr. Rubén Piacentini , Ing. Jorge Adue, Ing. Marcelo Vega,
Arq. Cristina Cervera, Arq. Natalia Feldman, Dr. Alejandro Pelfini, Mgter.
$GULiQ %HOLQJ \ 3URI .DUO %RKPHU ³(ILFLHQFLD HQHUJpWica y en el uso de
materiales en viviendas de interés social construidas y habitadas con
FULWHULR VXVWHQWDEOH´ Laboratorio Eficiencia Energética, Sustentabilidad y
Cambio Climático; Instituto Mecánico Aplicada Estructura; Universidad
Nacional Rosario)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras): Existe un gran déficit habitacional en nuestros
países de América Latina y el Caribe y las viviendas que se construyen para tratar de
suplir este déficit, tienen en general mínimos requerimientos desde el punto vista del uso
racional de la energía y los materiales. Esto determina que, en gran medida, se deba
invertir tanto por el Estado (en el caso de subsidiar la construcción de las viviendas y
subsidiar el consumo energético) como por los particulares que la habitan, una
importante fracción de sus presupuestos para lograr un mínimo de confort. En el presente
trabajo, realizamos un estudio de las características básicas que deben tener las
viviendas (y los barrios correspondientes), para que puedan ser realizadas y también
habitadas con criterios de sustentabilidad. En primer lugar sugerimos materiales que,
dentro de costos razonables, puedan ser empleados en la construcción de estas viviendas
y presenten características de altas resistencias mecánicas y térmicas (para soportar el
paso de los años en buenas condiciones). En segundo lugar, los criterios que deben
tenerse en cuenta en el diseño de las viviendas para que se reduzcan al mínimo los
intercambios térmicos (pérdidas de calor en periodo invernal y ganancia de calor en
periodo estival, optimización del volumen y orientaciones, se controle la radiación solar
ingresante, etc). Una falla usual de los diseños actuales es el desconocimiento por parte
de los futuros habitantes, de estas y otras características fundamentales de sus viviendas.
En consecuencia, proponemos un Manual de buen uso de la vivienda, para que sea
entregado a los futuros ocupantes, previa capacitación de los mismos. Para ello, hemos
prestado particular atención al aspecto social del tema, teniendo en cuenta los distintos
niveles educativos y las experiencias previas de las personas en temas afines (carpintería,
soldadura, mecánica en general, electricidad, etc). En lo relativo al barrio donde estarán
emplazadas las viviendas, analizamos los espacios comunes, tal como el edificio de usos
múltiples, donde estarán disponibles las herramientas de mayor complejidad para el
mantenimiento de las viviendas (taladros, mini-tornos, bancos y herramientas de
carpintería, mecánica y electricidad, etc) y podrán conservarse los materiales para la
construcción y mantenimiento de las viviendas. Este edificio está destinado además a la
capacitación permanente de los habitantes mediante talleres, cursos cortos, prácticas en
las más diversas áreas (materiales, energía, información, etc). Como caso práctico, se
proponen: a) conjuntos tipológicos de viviendas que tienen una alta relación Volumen
interior/Superficie de terreno ocupada, b) edificios de usos comunes y c) esquemas de
viviendas de la más alta relación posible entre Eficiencia (energética y de
materiales)/Costo y propuesta de Manual de buenas prácticas en la construcción,
habitabilidad y mantenimiento de viviendas con criterio sustentable.
$EVWUDFW ! 5(1=2 &$17$5(//, ³352<(&72 3$5$ 81$ )8(17( '(
ENERGÍA RENOVABLE, 327(17(,1$*27$%/(<6,1&267(6´
PALABRAS CLAVE: ENERGÍA RENOVABLE SOLAR
ABSTRACT
Asunto:
PROYECTO PARA UNA FUENTE DE ENERGÍA RENOVABLE, POTENTE, INAGOTABLE Y
SIN COSTES
Tomado de CREACIÓN Y PRODUCCIÓN DE SUPERPEC E INFRAPEC ± SANTA CRUZ DE
TENERIFE ± 2013
La Investigación
La investigación ha sido desconcertante, porque ciertas certezas científicas:
- se han revelado falsas (ej. la teoría ondulatoria de la luz de Thomas Young, de la densidad
³PDVDYROXPHQ´RGHOHVSDFLRWLHPSR
- se han revelado incomprensibles e incorrectas (ej. la inexplicable y enigmática Constante de
Planck o la relación masa-energía de Einstein);
La investigación ha sido extraordinaria, porque ha sido posible:
- comprender la estructura, la composición, el contenido energético de los rayos solares y sus
PRYLPLHQWRVSDUDFRQVWUXLUXQQXHYRPRGHORGH³UD\RVRODU´
- darse cuenta de la existencia de una red de carriles cósmicos (GMU) de diferentes niveles
energéticos que conducen la energía;
- entender la ley que gobierna los flujos de la Materia Oscura (FIЀ protónico) y de la Energía
Oscura (FIЁ electrónico) y las atracciones energofóbicas que unen los rayos solares en paquetes
de Quanta;
- proponer un nuevo modelo geométrico del sistema universo (el espacio cósmico de la recta rota);
- establecer una fórmula nueva, más adecuada y más exacta, para la medida del valor energético
de los rayos solares;
- comprender el papel de la luminosidad y establecer la fórmula de la disipación de la energía
luminosa y de la energía de los rayos solares;
- elaborar un método experimental de captura de la energía de los rayos solares;
- FRPSUHQGHUHOVHQWLGRGHODGHQVLGDG³PDVDYHORFLGDG´\ODHVWULFWDUHODFLyQHQWUHODHQHUJtD\
la velocidad;
- encontrar nuevos elementos químicos;
- comprender el porqué de muchos eventos físicos tanto cósmicos como terrestres;
- encontrar las fórmulas matemáticas del Súper Rayo (Superpec) y del Infra Rayo (Infrapec).
Los Resultados
Los resultados han sido esperanzadores, porque se ha llevado a cabo la creación de unas
fórmulas matemáticas que, aplicadas a un adecuado método de laboratorio, hacen que el sueño
de la producción de una energía potente, infinita y a bajísimo coste por fin pueda hacerse
realidad.
Así que, ahora, sería posible capturar la energía solar y ponerla en una cajetilla, en una especie
de lámpara mágica o en un equipo de pequeñas dimensiones, y, cómo y cuándo se quiera:
1) generar una corriente alterna de alta potencia (10n W), de elevada intensidad (An) y a bajísimo
coste;
2) obtener SÚPER RAYOS muy potentes (10n eV / 10Ёn pV) para equipos diagnósticos médicos o
láseres a alta energía, por ejemplo, que puedan ser compatibles con la vida de los seres
humanos y que no sean dañinos como lo son los rayos X y Gamma.
3) generar INFRA RAYOS muy potentes (10Ёn eV / 10n pV) a bajísima frecuencia, es decir
potentes transportadores de informaciones utilizables en las telecomunicaciones
Abstract #11> +XJR *URVVL *DOOHJRV \ (GXDUGR &RTXHW ³Análisis de la
energía solar disponible en el Área Metropolitana de Buenos Aires ±
$0%$´ASL)
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras):
En los últimos años adquirió marcada importancia a nivel mundial la generación de energía
eléctrica por medios no convencionales. En Argentina, además de la decisión del Estado
Nacional de participar activamente en estas tareas, la desregulación del mercado ha
determinado que tanto empresas privadas como gobiernos provinciales hayan decidido
incorporarse a la generación fotovoltaica centralizada de potencia; esto ha dado lugar a una
creciente demanda de información detallada que permita conocer los mejores sitios de
instalación de las centrales fotovoltaicas y su potencial rendimiento, con vistas a mejorar su
oferta energética y negociar por anticipado el costo de la energía generada.
En general, las estaciones de medición han estado ubicadas en zonas que permitían la
extrapolación de los valores obtenidos. Ante las posibilidades que abre la instalación de sistemas
fotovoltaicos distribuidos interconectados a la red eléctrica en áreas urbanas y periurbanas, se
hace imperioso conocer en dichas ubicaciones el recurso solar de manera adecuada, lo que
incluye el tiempo necesario para que los promedios obtenidos no difirieran del valor a largo plazo
en más del error instrumental (tiempo de convergencia).
Se analizaron anteriormente estaciones solarimétricas con extensas series de mediciones a fin
de determinar ese tiempo, tanto a nivel anual como mensual. Se construyó para ello una función
³DQRPDOtDUHODWLYD´\VHHVWXGLyHOFRPSRUWDPLHQWRWHPSRUDOGHVXVFRWDVGHWHUPLQDQGR así el
³WLHPSRGHFRQYHUJHQFLD´TXHSDUDWRWDOHVDQXDOHVresultó de 2-3 años. Dada la variabilidad de
los promedios mensuales, sólo para algunas pocas fue posible determinar los tiempos de
convergencia en esta escala temporal..
Como no existen en el AMBA series temporales lo suficientemente extensas, se muestran los
resultados hallados para otras zonas del país y se plantea la validez de los mismos, discutiendo
la representatividad de los valores medios disponibles en la región. Se propone como valor
medio de la energía solar a colectar anualmente sobre un plano horizontal 1,57 MWh/m 2 con una
incerteza de 6%.
Palabras clave: convergencia, irradiación global, promedios anuales.
Abstract #12> $GULDQ ) '¶ $QGUHD 6HEDVWLDQ / 5XVVLOOR -RUJH $
Caminos ³(VWXGLR GH FDOHQWDGRU GH DJXD VRODU GH WXERV GH YDFLR
WHUPRVLIRQLFR&DSDFLGDGGHFDOHQWDPLHQWR(VWDFLRQDO´*(6(871-FRSF)
Resumen. Dada la necesidad de obtener ACS en cualquier ambito donde el hombre
realiza sus tareas cotidianas, y conociendo que la distribucion de las redes electricas
y de gas no llegan a todos las zonas geograficas de nuestro pais en especial a las
zonas suburbanas y rurales, y considerando ademas la crisis energetica actual que
vive hoy nuestro pais, donde una de las salidas es ir aportando a la matriz energeica
energias renovables, vemos con gran interes la implementacion de colectores solares
termicos para la obtencion de ACS aprovechando un recurso natural gratuito e
inagotable. Entonces al no contra nuestro pais, con un protocolo de ensayos
normalizado para celntadores de agua solar de tubo de vacio termosifonicos con
tanque acumulador, el Grupo de Estudios sobre Energia de la Universidad
Tecnologica Nacianl. ±Facultad Regional. Santa Fe, adquirio un equipo de estas
caracteristicas y propuso poner en practica una serie de ensayos con el objetivo de
obtener curvas caracteristicas de funcionamiento del equipo, y de esta forma
determinar la capacidad de calentamiento estacional del mismo. Para ello se estudio
la influencia en el equipo de las distintas condiciones climaticas u su desempe;o. Se
obtuvieron diversas conclusiones resultantes del balance de energia al analizar la
energia solar incidente y la transferida al agua. En una segunda instancia, se
pretende no solamente ensayar diferentes equipos bajo identicas condiciones,
obteniendo asi informacion comparativa, ventajas y desventajas de equipos con el
tipo de tecnologia, si no que tambien realizar ensayos a los tubos de vacio que
compronen estos equipos. De esta forma se podria determinar la ganancia de
energia solar termica transferida al agua en cada tubo.
Palabras claves. Agua- collector-energia-radiacion ±solar
$EVWUDFW ! $OHMDQGUR &DUORV *LDUGLQR ³/D IXVLyQ QXFOHDU ± Energía
accesible, controlable, interminable y susWHQWDEOH´ $&(6 $VRF &LYLO
³(QHUJtDVXVWHQWDEOH´
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
El sol fuente básica de la energía que moviliza al mundo, será reproducido en una primera etapa,
sobre la superficie de la Tierra en el año 2020.
El manejo controlado de la energía de fusión representa el mayor salto tecnológico desde el
descubrimiento del petróleo, y promete ser la solución final para los mayores problemas que
aquejan al mundo: la Crisis Climática Global y el requerimiento suficiente e inagotable de
energía.
El proyecto ITER International Thermofusion Experimental Reactor, a un costo de $E 15 mil
millones durante su construcción, operación y desmonte, actualmente en pleno desarrollo en
Cadarache, Francia, sienta las bases científicas para la generación infinita de energía eléctrica
no contaminante y sin residuos altamente radioactivos.
Será el primer reactor de fusión que generará más energía que la necesaria para iniciar la
reacción. Los conocimientos extraídos en el manejo y operación de ITER, serán el fundamento
del proyecto DEMO, un generador de energía que proyecta entregar 2GW a la red eléctrica
consumiendo Deuterio y Litio 6 como materiales de combustión y consumo. Ambos elementos se
encuentran de manera abundante en la naturaleza.
Los 34 países tecnológicamente mas avanzados del mundo involucrados en este
emprendimiento, representando a más de la mitad de la humanidad, se encuentran embarcados
en el mayor proyecto internacional de la historia,
Los desafíos tecnológicos son inconmensurables. El inicio de la reacción en el plasma
sobreponiéndose a los criterios de Lawson, el control de la misma a 150 millones de grados
centígrados y la generación del Tritio a partir del Litio 6 necesario para la reacción, son las
incógnitas sustanciales que deberá resolver el proyecto en marcha para garantizar la
construcción de futuras plantas nucleares de generación eléctrica.
La culminación de ITER, será para la humanidad actual, lo que el descubrimiento del fuego fue
para los primitivos habitantes del planeta: el manejo discrecional de altas densidades energéticas
que posibilitará el desarrollo ulterior de la humanidad sin las nefastas consecuencias del
Calentamiento Global.
ACES promueve la participación mancomunada de América Latina en el proyecto ITER.
Palabras clave;
Energía nuclear
Energía de fusión
Proyecto ITER
$EVWUDFW ! *DEULHOD 5HXV \ -RUJH &]DMNRZVNL ³$&(5&$ '( /$6
NORMAS BRASILEÑAS DE DESEMPEÑO TÉRMICO EN VIVIENDAS Y SU
$3/,&$&,Ï1´ /DERUDWRULR GH $UTXLWHFWXUD \ +iELWDW 6XVWHQWDEOH - FAU ±
UNLP)
ACERCA DE LAS NORMAS BRASILEÑAS DE DESEMPEÑO TÉRMICO EN VIVIENDAS Y SU
APLICACIÓN
Gabriela Reus (1), Jorge Czajkowski (2)
Laboratorio de Arquitectura y Hábitat Sustentable - FAU - UNLP
Calle 47 Nro 162 (1900) La Plata, BsAs.
Tel: 0221 4236587/90 int 255 - [email protected]
RESUMEN:
El presente trabajo forma parte de un plan de tesis de doctorado en Arquitectura de la FAUUNLP con sede en el LAyHS-FAU-UNLP y es cofinanciado por el Proyecto Acreditado 11U-141
«Certificación de edificios sustentables para la adaptación y mitigación del cambio climático» y
un PIP CONICET.
La importancia del tema de investigación corresponde a la búsqueda de mejoras en los
instrumentos de regulación de la construcción de viviendas en Brasil y Argentina y suu
contrastación. Teendiendo a la mejora del desempeño edilicio, especialmente en el ámbito del
confort térmico para que permita mejorar la calidad de vida del usuario y ahorrar recursos
energéticos, minimizando el impacto ambiental.
En Argentina el escenario del desempeño térmico de edificios cuenta con un conjunto de
normativas que vienen siendo estudiadas y actualizadas desde el año de 1964al presente. A
pesar de ser obligatorias por Ley en la Provincia de Buenos Aires y la Ciudad Autónoma de
Buenos Aires desde el año 2003 y 2012, respectivamente; no se efectiviza su cumplimiento. Los
diversos obstáculos que impiden la implementación exitosa de dichas normas, generan
consecuentemente viviendas que por primar el ahorro en la etapa de construcción, no presentan
la debida adecuación a los climas y el sitio, con las necesidades del usuario, o preservar la vida
útil del edificio. Se ha encontrado que antes de que la obra sea entreguada ya muestra
patologías relacionadas a condensación. Asimismo, posterior a la construcción el usuario utiliza
continuamente artefactos para acondicionamiento térmico factor que justifica la creciente
demanda eléctrica del país y visto la falta de políticas y recursos, la consecuente importación y
aumento de la deuda externa.
En Brasil, la primera normativa destinada a regular la construcción de manera de garantizar un
nivel mínimo de desempeño térmico, surgió en 2005 y actualmente se encuentra en vigor.
Buscando pautar las características de dicha norma, en este trabajo se realiza la revisión crítica
del panorama normativo brasileño sobre desempeño térmico para edificios de viviendas. Se trata
la implementación de la primera norma establecida en el tema, la NBR 15.220/2005 sobre
Desempeño Térmico para Viviendas Populares, instituida con carácter informativo, y el posterior
surgimiento de la NBR 15.575/2008-2013, establecida a nivel normativo, destinada a alcanzar un
nivel mínimo de desempeño para cada sistema de las nuevas obras de viviendas en general. Se
pautan los requisitos y criterios mínimos para cumplir con la norma y se comenta sobre el lento y
gradual proceso en la implementación de dicha normativa en Brasil de manera que se pueda
tomar algunos de esos ejemplos para que las normas IRAM pasen a ser de cumplimiento
obligatorio.
Palabras clave: Brasil, Desempeño térmico edilicio, NBR 15.575, Normativa.
-----------------------(1) Becaria Doctoral CONICET - Doctoranda en Arquitectura FAU-UNLP.
(2) Investigador CONICET - Director LAyHS-FAU-UNLP
Abstract #15> Yajnes Marta Edith, Sutelman Silvana, Caruso Susana, Tosi
/XFLD \ 3HUH] 0RUHQR $JXVWLQD ³Recursos en Residuos, hormigones con
incorporación de agregados provenientes de residuos en productos de
FRQVWUXFFLyQ FRQ JHQHUDFLyQ GH HPSOHR YHUGH´XED IDGX VHFUHWDULD GH
investigaciones cep atae)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
Los sistemas constructivos locales producen escombros de mampostería como principal
producto de desecho. La sustitución y adquisición de equipos de gas y electrónicos generan una
cantidad importante de embalajes de poliestireno expandido de alta densidad. Se cuenta
asimismo con envases provenientes de la industria farmacéutica, desechados después del
primer uso debido a altos costos de transporte y a protocolos de la industria. En este trabajo se
muestran los avances de nuestra investigación sobre desarrollo de mezclas de hormigón con
incorporación de agregados de reciclaje incluyendo reutilización de residuos de demolición y
trituración de envases de EPS transformando residuos en recursos. Se busca la generación de
puestos verdes de trabajo y desarrollo de productos innovadores en lo tecnológico pero
tradicionales en lo conceptual que representen una respuesta ambiental reduciendo tiempos y
tareas de obras con mejora en su calidad minimizando trabajos de riesgo.
Se cuenta en nuestra area de acción con población subempleada, con bajo nivel formativo pero
concapacidad latente de aprender y transformar sus conocimientos en producción; estudiantes y
profesores de la facultad de arquitectura con capacidad de investigar sobre nuevos materiales y
sistemas constructivos sustentables y para transferir dichos conocimientos, viviendas con
necesidades de aislación térmica a resolver y mercado de viviendas de alto y medio nivel con
capacidad y deseo de sus responsables de emplear productos sustentables.
Se desarrollaron mezclas en probetas, analizaron pesos especificos, absorción de agua y
comportamiento frente a fuego, se diseñaron productos de construcción competitivos con sus
respectivos moldes para fabricación y llevaron adelante prototipos.
Se logró obtener una variedad de mezclas a partir de la posibilidad de desarrollar hormigones
con diferentes dosificaciones con las densidades buscadas. Se verificó la factibilidad del uso de
RCD y RSU como agregados en mezclas de hormigones y productos finales de construcción
favoreciendo el cuidado del ambiente, la reducción de la huella profesional en condiciones de
habitabilidad y eficiencia energética, con muestras o procesos experimentales.
Se avanzó en el proceso de alianzas y vinculaciones con cátedras de Diseño Industrial para el
diseño y fabricación de máquinas y herramientas. Se incorporaron alumnos de Fadu.
Se desarrollaron ensayos de absorción con resultados similares a los que ofrecen mampuestos
del mercado local y ensayos de comportamiento frente a fuego preliminares donde se verificó
que el material resiste sin colapsar y permitiría escapar a los habitantes.
El reciclado de escombros tienen impacto ecológico beneficioso: evitando el sobreuso de
materias primas, previniendo contaminación del suelo cuando los restos de construcciones son
desechados, y reduciendo el volumen de desechos generados en centros urbanos y la cantidad
de material virgen a adquirir durante la construcción.
La potencial disponibilidad de escombros en nuestra área es muy grande porque no hay lotes
vacantes y todas las nuevas construcciones requieren una previa demolición.
Con la aplicación de los residuos de materiales de EPS, un sector marginal de nuestra sociedad
puede ser incluida en el circuito de recolección y ser capacitada para trabajar en la producción
de estos materiales de construcción, creándose así nuevos trabajos verdes.
Palabras Clave: Desarrollo Empleo Recursos Residuos Sustentabilidad
Abstract #16> Jair Urbanetz Junior, Henrique Marin VanDer Broocke
Campos, Ana Katherine Rodríguez Manrique, Eloy Fassi Casagrande
-XQLRU\*HUVRQ0i[LPR7LHSROR³Fatores que interferem na Produtividade
GH6LVWHPDV)RWRYROWDLFRV&RQHFWDGRVD5HGH(OWULFD´
ABSTRACT (300-500 words):
Introdução: Os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFVCR) tem sua produtividade
(yield em kWh/kWp) alterada em função de vários fatores, entre eles: nível de irradiação; inclinação
e orientação do painel fotovoltaico; sombreamento parcial; temperatura de operação; eficiência e
ponto de operação dos inversores; fiação e conectores; sujeira sobre o painel fotovoltaico; etc.
Conhecer, analisar e atuar buscando melhoria no desempenho de SFVCR, é determinante para o
aumento da geração de energia elétrica. Na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), na
cidade de Curitiba ȂParaná Ȃ Brasil, encontra-se em operação desde dezembro de 2011, um SFVCR de
2,1kWp, cujo desempenho vem sendo acompanhado desde a sua entrada em operação, bem como são
avaliados quais os fatores que interferem na sua produtividade.
Objetivo: Apresentar os fatores que limitam o desempenho de SFVCR e fornecer diretrizes para
otimizar a operação dos mesmos.
Metodologia: Este trabalho se fundamenta em um estudo comparativo envolvendo um SFVCR
projetado em condições ideais e o SFVCR existente na UTFPR em Curitiba. O SFVCR ideal apresenta
as seguintes características: o painel fotovoltaico possui um ângulo de inclinação igual a latitude do
local de instalação, a orientação é voltada para o norte e não há sombreamento causado por
edificações adjacentes. A comparação da geração que seria obtida em um sistema ideal, será feita com
a obtida no sistema real em operação, apresentando-se uma análise em relação aos fatores que
limitam o desempenho do SFVCR. A partir disso, são fornecidas diretrizes para otimizar o
desempenho dos SFVCR.
Resultados: O SFVCR ideal, projetado de forma a otimizar o seu desempenho, apresentou uma
geração anual superior quando comparado ao SFVCR em operação na UTFPR, porém na análise
mensal, no período do verão, o sistema real apresentou melhor desempenho. Pode-se entender que
os fatores que provocam essas diferenças no desempenho para mais e para menos, devem-se aos
seguintes fatores: a inclinação do painel fotovoltaico da UTFPR possui ângulo próximo de 10°; o
desvio azimutal é equivalente a 22° para oeste, ou seja, a orientação da face do painel é deslocada de
22° para oeste em relação ao norte geográfico; existe uma edificação adjacente ao painel fotovoltaico
que causa um sombreamento parcial a partir das 16 horas, ocasionando perda significativa de
produtividade, devido a redução da irradiação recebida. Outra causa importante de perda de
produtividade foi o acúmulo de sujeira sobre o painel fotovoltaico, visto que o mesmo encontra-se a
poucos metros de uma avenida com trafego intenso de veículos, que aliado a pouca inclinação (10°),
apresentou uma camada de fuligem sobre o painel que forçou a uma ação de limpeza para aumentar
a performance do sistema. Nestes quase três anos de operação ininterrupta do SFVCR da UTFPR,
analisando-se seu desempenho, foi possível observar a viabilidade deste tipo de instalação, bem
como interpretar quais os fatores que mais interferem no desempenho de SFVCR integrados a
edificações no ambiente urbano.
Palavras Chave: Desempenho de SFVCR; Geração fotovoltaica.
Abstract #17> Paulina Wegertseder Martínez, Maureen Trebilcock Kelly,
5RGULJR *DUFtD $OYDUDGR \ /RUHQD 7URQFRVR 9DOHQFLD ³Niveles de
Potencialidad Solar Urbana por Tipologías Residenciales en Concepción,
&KLOH´Universidad del Bío-Bío)
ABSTRACT (300-500 words):
Las edificaciones, y su funcionamiento, han sido una de las causantes de la contaminación
ambiental actual y de los altos consumos energéticos. Estas demandas son satisfechas en
mayor medida con combustibles no renovables, provocando elevados costos y una mala calidad
de habitabilidad interior. Con el objetivo de reducir el impacto ambiental, y los distintos problemas
que derivan de él, además promover el uso de fuentes de energía renovables, se presenta un
catastro de consumo energético y de captación solar en construcciones residencial de la ciudad
de Concepción, Chile. En esta investigación se ahonda en el potencial de energía solar, a través
de novedosos mapas e indicadores de áreas y tipologías residenciales para la captación solar
según los consumos energéticos obtenidos en una primera etapa. En otras ciudades europeas y
norteamericanas se han elaborado catastros solares basados en modelos volumétricos por
rastreo aéreo (vuelos LIDAR), que suelen ser onerosos y que requieren de alto procesamiento
computacional. Al carecer de información centralizada o levantamientos tridimensionales, se
plantea un nuevo método de bajo costo para países en desarrollo, desarrollando una
categorización territorial por manzanas en base a encuestas, niveles socioeconómicos, fotos
aéreas, tipologías de edificación y simulaciones dinámicas, que son implementadas en un
Sistema de Información Geográfico (SIG) y divulgados por Web. Los mapas obtenidos
corresponden a: (i) consumos energéticos en término de electricidad, de agua calienta sanitaria y
calefacción, (ii) identificación de tipologías residenciales, sectorización de servicios y hospitales,
(iii) de techumbres disponibles dentro de las manzanas identificadas, y (iv) caracterización de
incidencias topográficas en relación a la sombra proyectada. Con estos mapas de catastros y los
perfiles temporales, se analizan los diferenciales que concurren entre demanda energética y
potencial solar, permitiendo revisar la capacidad que pudiese tener el sistema instalado en
ciertas tipologías constructivas. Estos diferenciales observados a nivel urbano, expresan una
distribución desigual de consumos energéticos y de captación solar. Por un lado se observa un
extenso perímetro residencial con consumos energéticos medios, y una gran capacidad solar,
particularmente en techumbres. Por otro lado se obtienen focos de altos consumos acumulados
y gran cantidad de edificaciones en altura, que presentan mayores limitaciones de captación
solar. De este modo, se determinan potenciales urbanos diferenciados pero que pueden
constituir la base para implementar una matriz de energía renovable complementaria entre
tipologías y zonas. Habiendo adquirido la estructura urbana de los requerimientos energéticos y
de las disposiciones de recolección solar, se evalúa la implementación de redes eléctricas
locales para re-distribuir entre zonas urbanas, según modelos matemáticos globales y
estrategias de instalaciones apropiadas. Paralelo a esta propuesta de una red de distribución
electricidad urbana, se elabora una plataforma digital de divulgación pública, donde se logran
identificar unidades residenciales con sus respectivos consumos energéticos promedios y el
potencial solar que pudiesen tener al instalar algún sistema de captación en su techumbre. Esto
último, con el fin de promover estrategias de autogeneración energética urbana hacia los
usuarios, autoridades y proveedores de soluciones pertinentes.
Palabras Clave: Captación Solar, Consumo Energético, Mapa Solar, Potencial Solar, Tipologías
Residenciales
Abstract #18> Paulina Wegertseder Martínez y Maureen Trebilcock Kelly.
³,QWHJUDFLyQ GH &ULWHULRV GH 'HVHPSHxRV HQ HO 0HMRUDPLHQWR (QHUJpWLFRAmbiental de Viviendas Sociales ExistenteV HQ &KLOH ³ 8QLYHUVLGDG GHO
Bio-Bio)
ABSTRACT (300-500 words):
La calefacción implica hasta 60% del consumo energético de una vivienda tipo, siendo el sector
residencial el responsable de altas demandas energéticas, equivalentes al 23% de consumo
energético a nivel país. En Chile 75% del parque habitacional existente ha sido construido sin
consideraciones térmicas, ni de eficiencia energética. El usuario debe costear el consumo
energético para alcanzar el confort térmico, afectando en mayor medida a familias que viven bajo
ODOtQHDGHOD³SREUH]DHQHUJpWLFD´\TXHKDELWDQYLYLHQGDVVRFLDOHVFRQVWUXLGDVSDUDVDWLVIDFHU
solo la demanda de falta de techo, y no para otros desempeños como confort térmico. Hoy
existen medidas de mejoramientos energéticos para viviendas existentes, que solo consideran
algunos desempeños con implicancia en la demanda energética, siendo cada uno abordado de
manera independiente, sin considerar la relación entre ellos y el efecto que conllevan al estar
integrados. Esta investigación propone cubrir una brecha de conocimiento, de cómo diferentes
criterios de desempeños actúan integralmente en el mejoramiento energético-ambiental de una
YLYLHQGD$FWXDOPHQWHVHFDUHFHGHWDOFRQRFLPLHQWRTXHEDMROD³ILORVRItD´SUHVWDFLRQDOJHQHUD
diversas estrategias de mejoramiento para objetivos de desempeños, tales como: Confort
Térmico, Eficiencia Energética por Calefacción y Calidad del Aire Interior. Se someten cuatro
casos de estudio en el centro-sur de Chile, a un diagnostico post-ocupacional (flujometría,
Blower Door Test, cálculos numéricos, simulaciones y encuestas de percepción), para establecer
criterios de desempeños que deben rehabilitarse integralmente para alcanzar los objetivos de
desempeños finales.De este diagnóstico se determina que existe la necesidad de incorporar
conceptos de habitabilidad, durabilidad y sustentabilidad ambiental para lograr un mejor estándar
en la vivienda, extendiendo su vida útil, y logrando un mayor confort para el usuario. Se analiza
la relevancia e interdependencia de los criterios que influyen en ello mediante un estudio
multifactorial, relacionando todos los parámetros obtenidos como relevantes en un mejoramiento
energético-ambiental de una vivienda social. Esto, debido a que al seguir desarrollando reformas
basadas en mejoramientos de un solo desempeño, se pierde la visión holística que accede a
mayores beneficios para la vivienda y el usuario. Finalmente, como resultado se determina que
los desempeños integrados fundamentales en un mejoramiento energético-ambiental deben ser:
mejora de transmitancia térmica de los muros, disminución de tasa de infiltraciones de aire en la
envolvente y uso de un sistema de ventilación que asegure calidad de aire interior.
Palabras clave: Calidad del Aire Interior, Confort Térmico, Criterios de Desempeños, Eficiencia
Energética, Mejoramiento Energético-ambiental
Abstract#19> 526 0$5,2 $/%(572´ SISTEMA DE BIELA ARTICULADA
325 0$1,9(/$ 3$5$ 02725 67,5/,1* '( 7,32/2*Ë$ $/)$´ FRSFUTN)
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras):
El motor Stirling en centrales termoeléctricas a energía solar, constituidas con discos parabólicos
como elemento concentrador, es una tecnología promisoria en lo que respecta a generación de
energía eléctrica en el campo de las energías renovables, ya sea por su bajo costo, por su simplicidad
técnica, su modularidad y su alto rendimiento (más del 25%), siendo también posible su utilización
en unidades descentralizadas de pequeña potencia a energía solar para generación de energía
eléctrica propia. Por tal motivo el estudio sobre la configuración mecánica del sistema que
transforma la energía térmica aportada en trabajo mecánico en el eje de los motores de tipología alfa,
toma relevancia a tal punto que se renuncia a la ejecución correcta de cada etapa del …‹…Ž‘ –‹”Ž‹‰
’ƒ”ƒ ƒ†ƒ’–ƒ”•‡ ƒ Žƒ …‘ˆ‹‰—”ƒ…‹‘ƴ  ƒƴ • ‹–—‹–‹˜ƒ †‡ Ž‘• ‘–‘”‡• †‡ …‘„—•–‹‘ƴ  ‹–‡”ƒ †‡ „‹‡Žƒ…‹‰—Dž ‡ƒŽǤ
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y de compresión del ciclo Stirling, ya que cuando se produce la primera en la cámara caliente, el
pistón de la cámara fría genera volumen muerto, con lo que parte de la masa del gas se encontrará a
baja temperatura, perdiendo de esta manera energía interna. Durante la etapa de compresión en la
cámara fría, parte de la masa del gas se comprime a alta temperatura en la cámara caliente,
necesitando para la realización de la misma mayor trabajo. Lo que se debe lograr es que la etapa de
expansión se realice únicamente en la cámara caliente mientras que la etapa de compresión se
realice a baja temperatura en la cámara fría. Para esto se necesitaría que ambos pistones, cada uno en
su tiempo, permanezca en su punto muerto superior mientras el otro realiza la etapa de expansión o
de compresión.
El presente trabajo propone un sistema de biela articulada por manivela que permite mantener al
’‹•–‘ƴ ‡•—’—–‘—‡”–‘•—’‡”‹‘”†—”ƒ–‡͸͹ǡͷ͑†‡‰‹”‘†‡Ž…‹‰—Dž ‡ƒŽǤ‡”‡ƒŽ‹œƒ‡Žƒƒƴ Ž‹•‹•…‘Žƒ•
premisas de Schmidt a dos motores, uno con biela única y el otro con el sistema propuesto, de iguales
dimensiones (47,28cm3) e iguales temperaturas de sus cámaras, 15ºC para el foco frío y 200ºC para
el foco caliente, con igual masa de aire como fluido de trabajo. El rendimiento indicado es el mismo
en ambos motores, pero la variación de volumen entre el valor mínimo y el valor máximo
engendrados por ambos pistones es de 11,83% mayor con el mecanismo propuesto, con un
incremento de 8,46% en la relación de compresión. Este incremento de volumen produce un ciclo
indicado en el diagrama presiónvolumen de área 12,46% mayor. Aplicando la ecuación de Schmidt
para el cálculo del trabajo, el cual tiene en cuenta la presión máxima, se obtiene un valor de 7,58%
mayor y es precisamente el valor en que se incrementa la presión con el mecanismo propuesto
respecto al motor de biela única.
Palabras claves: Biela articulada Ȃ Ciclo indicado - Motor Stirling
Abstract #20> Ismael H. Eyras , Julio C. Durán, Francisco Parisi, Ramón
(\UDV \ 5DPyQ (\UDV ³Proyecto IRESUD: Primeros ejemplos de Energía
6RODU )RWRYROWDLFD LQWHJUDGD D OD $UTXLWHFWXUD %,39 HQ HO SDtV´ Escuela
de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de San Martín )
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
El proyecto IRESUD comenzó a ejecutarse a fines de 2011 con el objetivo de promover la
generación eléctrica a partir de energía solar fotovoltaica conectada a la red de baja tensión,
distribuida en áreas urbanas. La generación de energía en los mismos centros de consumo
implica un importante ahorro en transporte de la energía, permitiendo a su vez disminuir el
quemado de combustibles fósiles. Esta iniciativa de la Comisión Nacional de Energía Atómica y
la Universidad Nacional de San Martín junto con 5 empresas privadas y financiada parcialmente
por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación, preveía, entre
otras actividades, el diseño, instalación y operación de sistemas fotovoltaicos piloto en viviendas
y edificios públicos y privados ubicados en áreas urbanas.
Hasta el presente, se han instalado 20 sistemas con una potencia total de aproximadamente 75
kW p, y se encuentran en etapa de diseño o construcción otros 15. Están ubicados en la Ciudad
Autónoma de Buenos Aires y 15 provincias, previéndose incluso la instalación de uno en la Base
Marambio, Antártida Argentina. Estos sistemas, conectados a la red interna de los edificios o a la
red pública, permiten difundir esta tecnología en los organismos de decisión y en la sociedad en
su conjunto, evaluar su funcionamiento en diferentes áreas urbanas del país, analizar los efectos
sobre la red eléctrica y capacitar técnicos locales. En resumen, el proyecto pretende contribuir a
que en el futuro la energía solar fotovoltaica distribuida y conectada a red represente un aporte
significativo a la matriz energética nacional, enfocándose en esta etapa en la especialización de
profesionales, la regulación técnica y una propuesta de normativa para utilizar estos sistemas en
viviendas y edificios.
Por otra parte, la filosofía de la integración arquitectónica o BIPV ("Building Integrated
Photovoltaics") consiste en dotar al sistema fotovoltaico de una doble función: generación de
energía y elemento de construcción.
En los ejemplos seleccionados para el artículo, la instalación de los módulos fotovoltaicos
contempla su integración a los edificios o sus entornos físicos. Además de generar energía
producen un ahorro significativo en aspectos constructivos y/o de climatización, logrando un
efecto sinérgico particular entre energía y construcción. El artículo puntualiza sobre algunos
DVSHFWRVUHOHYDQWHVGH HVWDVSULPHUDV³LQWHJUDFLRQHV´GHVGHHOSXQWRGHYLVWD GHODJHVWLyQHO
proyecto y su ejecución
Este proyecto entonces abre además las puertas a esta modalidad de construcción sustentable, que
prácticamente no existía como práctica proyectual sistemática en nuestro país.
Pérgola fotovoltaica en parque Urbano. Gdro Baigorria, Pcia de Santa Fe.
Pabellón Nro 11 Ciudad Joven. Rosario.
Abstract #21> Dr. Ing. di Prátula, Horacio R. , Mg. Ing. Guillermo Eduardo ,
Mg. Ing. Antón Marcelo , Esp. Ing. Rossi Andrea y Esp. Ing. Bocero
5RGROIR³6LVWHPD+tEULGRGH(QHUJtDSDUD6LVWHPDGH,OXPLQDFLyQFRQ/HG´
(UTN FRBB GESE (Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional
Bahía Blanca Grupo de Estudios Sobre Energía))
RESUMEN
El GESE UTN FRBB ha desarrollado proyectos de investigación que abarcan desde el
mapeo eólico de la provincia de Buenos Aires hasta el desarrollo de un aerogenerador
propio y materiales vítreos con propiedades magnéticas (este último en conjunto con el
departamento de química de la UNS).
El trabajo tiene como objetivo fundamental calcular, montar y mantener un sistema
híbrido de energía eólica, solar y conexión eléctrica a red para abastecer de energía una
red de iluminación pública con luminarias de led cuyo consumo estará entre 500 y 1000
[W].
El sistema de generación eléctrica híbrido, que propuso y se ha desarrollado en el
shopping Bahía Blanca, consiste en el uso de un aerogenerador marca Helix Wind
modelo S322, dos paneles solares de 46 W c/u y conexión a red eléctrica de distribución
de la zona.
Se calculó la acumulación de energía en un banco de baterías de carga profunda y se
desarrollaron un regulador y un sistema de ondulador para conectar al sistema
existente cuyo diseño fuera realizado por Profesores o becarios de la Facultad.
Las baterías de ciclo profundo son de 6V de tensión nominal y una capacidad de 225Ah.
Los espesores de placas no son menores que 2 mm, de electrolito líquido, deberá estar
de acuerdo a lo requerido por la Norma IRAM 2119/55 y Normas mencionadas en la
misma. La Expectativa de vida útil es de 10 años a flote y 25 ºC, siendo el porcentaje
semanal de auto descarga máx. del 1.0 %.
Los trabajos efectuados comenzaron con la evaluación de los recursos eólicos y solares
en la zona, determinación del pack de baterías y análisis del comportamiento del
sistema. Diseño del regulador y el ondulador y montaje de los equipos.
Palabras claves: energía Ȃ distribuida Ȃ eólica Ȃ solar - hibrido
Abstract
#22>
Enrique
AlbL]]DWL
³6867(17$%,/,'$'
'(/
CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGÍA SOLAR EN VIVIENDAS
81,)$0,/,$5(6´)DFXOWDGGH,QJHQLHUtD4XtPLFD8QLYHUVLGDG1DFLRQDOGHO
Litoral )
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
Las incertidumbres relacionadas con la disponibilidad de las energías no renovables y la
contaminación ambiental provocada por las mismas, favorecen la incorporación de fuentes
energéticas renovables y no convencionales. Sin embargo, dados los impactos que provocan la
generación y el empleo de los recursos, al evaluar la energía solar se debe considerar el ciclo
completo del aprovechamiento, aplicando el Análisis de Ciclo de Vida (ACV).
En el ACV se recopilan los datos sobre las entradas y salidas de un sistema para obtener en este caso,
sus impactos potenciales en el consumo energético (la energía para la obtención de las materias
primas, fabricación, distribución, uso y eventualmente fin de vida del producto), y en el
calentamiento global (donde se consideran los gases emitidos que producen el efecto invernadero, en
equivalentes de dióxido de carbono).
En este trabajo se calculan indicadores de la sustentabilidad de instalaciones solares domésticas para
calentamiento de agua. El equipamiento se compone de colectores solares, tanque de
almacenamiento y cañerías; opera por convección natural y emplea electricidad como fuente
complementaria. Una de las instalaciones (SE-PP), tiene dos colectores solares planos de 1,8 m2 cada
uno, un tanque de 240 L y su vida útil es de 20 años; en otra (SE-TE), el colector es de tubos
evacuados y 2,8 m2, posee 200 L para acumulación y 15 años de utilidad.
Al aplicar el ACV en la instalación de colectores planos, éstos representan el 48,2 %, del consumo de
energía y el 50,9 % de la emisión de gases; el consumo total es 7358,8 MJ y la emisión 674,4 kg C02
eq.
En el equipo con tubos evacuados el colector abarca el 41,0 % del consumo y el 38,0 % de la emisión,
mientras 6162,2 MJ es el consumo total y 473,5 kg C02 eq. la emisión. Con porcentajes menores,
participan en ambos sistemas materiales varios, el tanque de almacenamiento y las actividades
complementarias del ciclo.
Asimismo se computó que la instalación SE-PP presenta valores del 84,3 % y 34,0 % para el aporte
solar y la eficiencia térmica respectivamente; con el sistema SE-TE el aporte es 89,3 % y la eficiencia
46,3 %. Operando la instalación SE-PP son máximas la energía generada (168536,8 MJ) y la
mitigación (21375,2 kg C02 eq). En cambio tanto la energía generada como la mitigación por año y
por metro cuadrado de colector son mayores con el colector evacuado (SE-TE), debido a su mayor
eficiencia térmica y a los menores valores del consumo energético y de la emisión de gases.
Finalmente como en las instalaciones se sustituye otra fuente por energía solar, se han estimado en
cada caso los períodos de amortización energética y ambiental. Los períodos de amortización
energética calculados para las instalaciones son 9,0 (SE-TE) y 12,3 (SE-PP) meses, y los de
amortización ambiental 5,5 (SE-TE) y 9,0 (SE-PP) meses. Se observa que en los sistemas estudiados
el cociente entre dichos períodos, ambiental y energético, es menor que la unidad.
Palabras clave: agua, calentamiento, emisión, energía, solar.
Abstract #23> Christian Navntoft*; Fabian Garreta, Anahi Lanson, Jorge
Pracchia, Alejandro Zitzer, Marcelo Alvarez, Florencia Gonzalez Otharan y
Virgina /R 6FUXGDWR ³Fundamentación técnica para la reglamentación de
OD/(<GHODFLXGDGGH%XHQRV$LUHV´/DERUDWRULRGH(VWXGLRV6REUH
Energía Solar (LESES))
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras): La Ley 4024, de promoción del uso de la energía
solar en la ciudad de buenos aires, fue sancionada en enero de 2012. Su reglamentación fue asignada
a la Agencia de Protección Ambiental de la Ciudad de Buenos Aires quien convocó a varias
instituciones para desarrollarla con bases técnicas sólidas. Entre ellas UTN-FRBA, UNLU, SOLARTEC,
ALDAR, INTI Y CNEA. Este trabajo presenta los argumentos técnicos y económicos que sustentan la
propuesta presentada.
Mediante trabajo en equipo, y como primer paso, UNLU (Universidad Nacional de Luján) realizó la
estimación del recurso solar disponible en la ciudad de Buenos Aires para distintas inclinaciones y
orientaciones. El consumo de gas y electricidad en aplicaciones de agua caliente sanitaria y
calefacción fue estimado a partir de datos de ENARGAS (Ente Nacional Regulador del Gas). El LESES
(Laboratorio de Estudios Sobre Energía Solar), con asistencia de SOLARTEC, realizó el
dimensionamiento de los sistemas térmicos y fotovoltaicos involucrados, y el cálculo del ahorro
energético y económico para diferentes condiciones de uso que define la ley.
La propuesta establece un procedimiento de ejecución sencilla que consiste en la presentación de un
proyecto via web, a través de un profesional autorizado por APRA y mediante una planilla
especialmente diseñada a tal fin. La misma evalúa los datos ingresados y automáticamente estima el
ahorro energético esperado con el uso del sistema solar térmico o fotovoltaico indicado.
Adicionalmente, estima las pérdidas energéticas debido a las sombras proyectadas sobre la
instalación de manera que déjà constancia de los obstáculos adyacentes que tenía el proyecto al
momento de presentarse. Con estos datos, la autoridad de aplicación puede definir el beneficio a
otorgar en forma automática.
Los profesionales involucrados deben tener sus competencias técnicas certificadas por APRA. El
equipamiento a utilizar debe estar ensayado bajo normas IRAM por laboratorios acreditados o
autorizados.
Abstract #24> Cecilia Maitland Heriot, Jose Tierno, y Leandro Galzenati.
³Energia Renovable para la Patagonia Argentina. Proveyendo soluciones
VXVWHQWDEOHVDFRPXQLGDGHVQDWLYDVTXHVHHQFXHQWUDQDLVODGDVGHODUHG´
(Duke Energy Argentina)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
Gracias al proyecto de energías renovables en la Patagonia, se ha logrado diseñar, construir y
poner en marcha una planta microhidroeléctrica y un sistema híbrido eólico-diesel en dos
pequeñas comunidades nativas Neuquinas que se encuentran aisladas de la red eléctrica.
Cochico y Chorriaca, comunidades criolla y mapuche respectivamente, solían depender de
grupos electrógenos ineficientes que solo proveían electricidad para un número limitado de
actividades (principalmente comunicación e iluminación), en un número limitado de edificios, en
un rango horario limitado.
Gracias a este proyecto, estas comunidades ahora:
- cuentan con servicios eléctricos permanentes y mas sustentables,
- no sufren de la alta contaminación auditiva que generaban los grupos electrógenos
(encontrados en los núcleos geográficos de sus pueblos),
- pueden hacer uso de electrodomésticos básicos, como heladeras. Esto permite que refrigeren
los productos de sus acividades ganaderas y agriculturales e incentiva su venta,
- pueden extender su día productivo al poder tener iluminación las 24 hrs (por ejemplo, las
actividades educativas en los colegios pueden seguir su curso normal independientemente de la
luz del día),
- pueden refrgerar productos médicos,
-pueden evolucionar de una economía de supervivencia a una de ahorro, al ser mas factible la
creación de microemprendimientos que dependen de la electricidad,
- pueden estimular la creación de nuevos puestos de trabajo y mejorar las condiciones
económicas de los habitantes de ambas comunidades.
- aspirar a que la generación joven permanezca en el pueblo y trabaje allí en vez de emigrar y
buscar oportunidades en ciudades mas grandes. La emigración de la generación joven ha sido
un problema grave en los últimos años ya que ha llevado a la dilucion del rico patrimonio cultural
de ambos pueblos nativos.
Este proyecto ha logrado también:
- reducir las emisiones de gas que antes generaban los grupos electrógenos.
- la transferencia de conocimientos tecnológicos a los grupos de interés dentro de las
comunidades, creando oportunidades de trabajo e impulsando el desarrollo y crecimiento
económico y por último estableciendo un modelo replicable para otras comunidades en similares
condiciones.
- generar una rueda virtuosa, ya que el EPEN (quien recibirá los activos en forma de donación)
se compromete a reinvertir los ahorros generados por el reemplazo de los sistemas
dependientes de combustibles fósiles por estos nuevos sistemas, La idea de este proyecto fue
concebida en el año 2010 y la construcción de ambos proyectos fue concretada a principios del
presente año. Los organismos que lograron que el proyecto fuera possible son:
- la Asociación Global para la Energía Sustentable http://www.globalelectricity.org/en/, quienes
donaron los fondos para el proyecto,
- Duke Energy Argentina, quien como miembro de la Asociación Global para la Energía
Sustentable puso a disposición a tres de su empleados para liderar el proyecto de principio a fin,
- y el EPEN (Empresa Provincial de Energía de Neuquén) que pertenece al gobierno provincial
Neuquino y quien ahora opera los proyectos. El EPEN recbiriá los activos de estos proyectos en
dos años en forma de donación.
El proyecto representa un importante paso en el desarrollo de las comunidades aisladas
mediante el suministro de energía sustentable, limpia y diversificada. Esperamos que este
proyecto sirva de ejemplo y sea replicado en las miles de comunidades que se encuentran
aisladas en Argentina y en el mundo.
Para mas información:
http://www.globalelectricity.org/en/index.jsp?p=121&f=331
Abstract#25> Lucio Augusto Molas, Carlos Dante Rodríguez, Pedro David
)RUHVL\0DULDQD0HOQLN³$1$/,6,6'(/&203257$0,(1727(50,&2'(
UNA VIVIENDA SOCIAL MEJORADA EN CATAMARCA, UTILIZANDO
SIMEDI)´6XEVGH&LHQFLD\7HFQRORJtD&DWDPDUFD
RESUMEN (entre 150 y 300 palabras): Palabras clave: auditoria energética, confort
térmico, vivienda social. INTRODUCCIÓN En Argentina el 37% del consumo energético nacional
corresponde a edificios, del cual, el 53% corresponde al sector residencial. El 58% de dicho
consumo se utiliza para calefacción de viviendas, lo que corresponde al 11,4% del total de los
recursos energéticos. Además, los edificios contribuyen con un 24% del total de las emisiones de
gases de efecto invernadero. En Catamarca, el consumo promedio anual de gas natural para un
hogar de hasta cinco personas es de 1000 m 3. De acuerdo al Censo 2001, solamente el 21% de
la población cuenta con gas natural, 54.000 hogares usan gas en garrafas y 10.168 hogares
emplean leña o carbón. Si consideramos el costo del consumo de energía para calefacción,
resulta que el servicio de gas natural es ocho veces menor que el de gas envasado en cilindros
GHNJ\YHFHVPHQRVTXHHOJDVHQ³JDUUDIDVRFLDO´(VWRafecta a los sectores de menores
recursos, quienes generalmente ocupan una vivienda de interés social (Comisión de Energía y
Combustibles, Expediente 0563-D-06). Desde el Gobierno provincial se construyeron 18.986
viviendas sociales en el periodo 1948 ± 2007, bajo distintos programas administrados por el
Instituto Provincial de la Vivienda (IPV). PROBLEMA Las viviendas han sido proyectadas y
construidas sin un completo estudio climático para diseñar sus componentes. Lo que ocasiona
que durante su funcionamiento, las temperaturas de los diferentes ambientes se alejen de los
parámetros de confort térmico y los usuarios se vean obligados a recurrir a sistemas activos para
acondicionarlas, con el consecuente derroche energético e impacto ambiental. RESULTADOS
El presente trabajo muestra los resultados de la simulación del comportamiento térmico de una
vivienda IPV, aplicando el programa informático SIMEDIF para Windows, para periodos
representativos de verano e invierno. El objetivo principal fue determinar las mejoras
tecnológicas necesarias para brindar confort térmico a las personas que habitan el edificio. Los
pasos para introducir la información fueron: 1) emplazamiento espacial y temporal del edificio, 2)
cantidad de locales a simular y características geométricas de los mismos, 3) identificación de
elementos constructivos y características, 4) determinación de índices y áreas de radiación y
coeficientes de absorción, 5) elección de coeficientes convectivos y conductivos, 6) características
de capas de paredes y 7) datos meteorológicos. Las simulaciones se realizaron para: a) edificación
original y b) edificación modificada. Con el modelo calibrado, se procedió al cálculo de cantidad de
frigorías y volumen de gas necesario para alcanzar temperaturas de confort internas preestablecidas.
Luego se plantearon modificaciones en las características constructivas de las envolventes, a los fines
de ahorrar energía manteniendo las condiciones de confort y se procedió al cálculo de las cargas
internas en el modelo mejorado. En base a los resultados obtenidos en la simulación se
implementaron mejoras en la edificación real. Se determinó que para llegar a las temperaturas
preestablecidas, en la ciudad capital de Catamarca, son necesarias 6.047 frigorías cada 8 horas. Una
evaluación cualitativa del confort logrado en la vivienda modificada indica que la metodología
empleada es una alternativa para solucionar el problema planteado.
Abstract #26> Cristian Lucas Wallace , Christian Navntoft y Fabian Garreta.
³Discos de irradiación solar para la determinación de inclinaciones y
orientaciones óptimas de instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas
SDUDOD&LXGDGGH%XHQRV$LUHV´UTN-FRLP)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
La industria de la energía solar ha experimentado un crecimiento sin precedentes en los últimos
años. A principios de 2010, más de 100 países tenían algún tipo de políticas de promoción de la
energía solar, ya sea para producción de calor a través de colectores solares o de electricidad a
través de paneles fotovoltaicos. Para poder articular la creciente demanda del mercado, las
múltiples formas de instalación y simplificar la tarea de los organismos de control, se crearon
lineamientos técnicos básicos que cada instalación solar térmica debe cumplir para poder
obtener el beneficio o incentivo. Uno de esos lineamientos consiste en exigir que el colector o
panel sea instalado con una orientación e inclinación tal que las pérdidas anuales de radiación
solar sobre el plano no sean mayores al 10% para agua caliente sanitaria, 20% para
climatización y 40% para integración arquitectónica. Para poder controlar de forma sencilla este
UHTXLVLWRVHFUHyORTXHVHOODPD³GLVFRGHLUUDGLDFLyQVRODU´(OPLVPRQRVRORGHILQHFXDOHVOD
mejor inclinación/orientación para una latitud determinada, sino que además define cuanta
energía se pierde con respecto al máximo, a medida que la inclinación/orientación se aparta de
la óptima. Es una herramienta que está siendo utilizada cada vez por más legislaciones de
promoción de energía solar debido a la sencillez de su uso y la validez de su resultado. Ejemplo
de ello es el código técnico de la edificación de España, que ha incorporado el mismo a la hora
de autorizar un proyecto de energía solar térmica.
Dado que las características de la irradiación solar son dependientes de la localización, es
necesario que cada país construya su propio disco solar. En países de poca extensión latitudinal
y clima relativamente homogéneo, es suficiente con un solo disco. En el caso de países de gran
extensión latitudinal y clima heterogéneo es necesario generar más discos.
En este trabajo se presenta el disco de irradiación solar para la ciudad de Buenos Aires.
Asimismo, se exponen los criterios técnicos para su determinación y los modelos de distribución
de la radiación solar utilizados a tal fin. Estos resultados forman parte de un trabajo mayor que
contempla la elaboración de discos de radiación solar para cada una de las provincias del país.
Los discos de irradiación solar son una herramienta fundamental para regular las políticas de
promoción de la energía solar. En forma sencilla y unívoca permiten conocer cuáles son las
pérdidas de radiación solar por inclinaciones u orientaciones fuera del rango óptimo. Se espera
que los resultados de este trabajo sean incorporados a nivel nacional o regional en políticas de
promoción de la energía solar.
PALABRAS CLAVE: disco de irradiación solar, colector solar térmico, panel fotovoltaico, orientación,
inclinación.
Abstract #27> Patricia Edith CamporealH ³8VR GH DOJRULWPRV JHQpWLFRV
para la optimización de aprovechamiento solar en el diseño urbano
ELRDPELHQWDO´81/3- FAU- LAyHs )
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
El presente trabajo forma parte de una tesis de doctorado, cuyo tema es el diseño bioambiental
paramétrico optimizado mediante el uso de algoritmos genéticos. El diseño paramétrico permite
controlar las variables que el diseñador defina, en un proceso transparente continuo. Se
desarrolla una herramienta de diseño que se utiliza en diferentes experimentos edilicios. En este
trabajo, se propone como objetivo maximizar la deficiencia energética de un perfil urbano de
cierta densidad en relación en su exposición a la radiación solar directa, sea para generación
solar fotovoltaica o generación de agua caliente sanitaria.
Se diseña una manzana ideal de densidad media, partiendo de un desarrollo inicial del 30%
hasta el 70% de la capacidad edificable permitida por el Código de Planeamiento de la Ciudad
de Buenos Aires. El factor de ocupación del suelo (FOS) máximo adoptado es de 60% de la
superficie del lote. El factor de ocupación total (FOT) máximo adoptado es de 120% de la
superficie del terreno. No se consideran premios al FOT a fin de no complejizar excesivamente el
experimento. Se utiliza un método bottom-up, considerando cada parcela como una célula
independiente que condicionará, junto a las demás parcelas, el volumen final de la manzana.
En una primera instancia, se modeliza un proceso aleatorio donde los edificios crecen según las
normas vigentes del Código sin considerar la aprovechamiento solar (Fig. 1 ).
Luego en una segunda instancia, se aplican algoritmos genéticos para maximizar las superficies
al Norte considerando la situación de cada fachada de la manzana, al igual que cada parcela.
Esto lo diferencia de la normativa existente, que aplica la zonificación siguiendo otros criterios.
Los algoritmos genéticos permiten simular un conjunto de soluciones posibles y operar por
medios iterativos, para obtener las mejores soluciones edilicias. Al igual que en un proceso
biológico extremadamente simplificado, se regula el número de individuos de la población, el
inbreeding, las mutaciones y el número de generaciones.
Se obtienen así varias soluciones, maximizando las superficies al Norte y minimizando las
sombras arrojadas sobre las fachadas internas de la manzana que miran al Norte. Las mejores
alternativas obtenidas favorecen un desarrollo de las fachadas con mejor orientación y
maximizan la ocupación del suelo al aumentar la superficie de terrazas; los retiros de frente son
desestimados porque disminuyen las terrazas en favor de la mayor altura. El resultado del
experimento será un volumen edificado de manzana que maximiza el aprovechamiento solar
(Fig. 2).
Se concluye que esta herramienta, basada en un modelo bioambiental, es de suma utilidad para
situaciones como la planteada en el experimento, pudiendo adaptarse para otras variables
bioclimáticas de interés, como por ejemplo, acceso al sol y asoleamiento del patio de manzana.
Abstract #28> MSc. Ing. Carlos V. M. Labriola y Sr. Pablo Padilla.
³Aprovechamiento de Fuentes de Energía Renovable intrínsecas y
H[WHUQDVDXQHGLILFLRGHYDULRVSLVRV´),81&R&($$)(51HXTXpQ
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
Así como en otras ciudades de la República Argentina, Neuquén y la Ciudad de Buenos
Aires, han sido destacables en construcción de edificios de varios pisos (desde 5 a 20
pisos) en m2/habitantes y en costo similar por m2 construido.
A partir de la necesidad en crecimiento de servicios para estos edificios (agua,
electricidad, comunicaciones, gas, etc.) es muy relevante la constricción de los mismos
en las horas de máxima demanda, ya sea porque las redes no alcanzan al crecimiento de
las construcciones o en particular en el sector eléctrico, el déficit de generación del
Sistema Eléctrico Argentino. Por ello este trabajo propone una modificación en el
sistema de recolección de aguas grises de los edificios para disponer generación microhidráulica en la hora pico y un sistema de generación eólica localizada y otra de eje
vertical para zonas localizadas en y terrazas respectivamente. Mediante metodología de
cálculo apropiada y prospección eólica apropiada para edificios se puede lograr el
diseño de estos sistemas llegando a poder abastecer entre 15 y 20% de la potencia
necesaria en hora máximo consumo en el edificio (18 a 22hs en invierno y 19 a 23hs en
verano).
Abstract #29> Casimiro Pablo Wisznienski y Mario Jorge Campetelli.
³7pFQLFDV LQQRYDGRUDV HQ *HQHUDFLyQ GH (QHUJtD /LPSLD /RFDO´ (Instituto
de Estudios e Investigaciones Ambientales de UCES)
Palabras clave: autoconsumo, biogás, energía-termoeléctrica-limpia, generacióndistribuida, oxihidrógeno
RESUMEN:
Los autores, al describir las consecuencias del Efecto Invernadero y Cambio Climático a causa
de los gases contaminantes generados por generadores eléctricos y motores de combustión
interna alimentados por combustibles fósiles, plantean los desafíos que los lleva a Investigar
1) La capacidad del BioGas de los desechos orgánicos como insumo para generar energía
termoeléctrica limpia.
2) El diseño de un disco solar paraboloide que, al absorber la radiación solar, genera energía
mecánica a través de un concentrador de alta eficiencia
3) El re-diseño de una Turbina ciclo Brayton en un turbo-compresor de avión para poder
funcionar con dos componentes: a) el de la Irradiación Solar b) Bio-Gas, GasNatural,
Comprimido o un Combustible Líquido y generar fuerza electromotriz más limpia..
4) La identificación del tipo de Microorganismos para acelerar el proceso de metanización y
digestión anaeróbica.
5) De ahí, surge la idea de utilizar el HHO oxihidrógeno -una mezcla de hidrógeno biatómico y oxigeno- como combustible-comburente, un gas originado por electrólisis del agua
que genera suficientes Kcal/h p/litro de oxi-hidrógeno que -por el dispositivo diseñado- va
inyectando, quemado y en simultaneo genera energía eléctrica limpia sin acumular hidrógeno,
evitando su peligrosidad y/o costosos depósitos.
Al inyectar HHO se genera energía eléctrica limpia, al mezclarlo con biogás -de menor poder
calórico- se logra potenciar su capacidad energética y al mezclarlo con cualquier otro
combustible se reduce sensiblemente el consumo de fósiles y emisiones GEI de máquinas
térmicas o generadores.. Al dimensionarlo para autoconsumo o consumo local, permite alimentar
los hogares de una Vecindad, Countries, Barrios Privados o entregar kWe a la red local -con un
doble inversor de potencia promoviendo la Generación Distribuida.
Conclusión: Es una innovación que evita las emisiones GEI derivadas de la quema de
combustibles fósiles utilizados para generar energía. Posibilita la presencia de un nuevo actor:
el BioGas, producto del proceso de Bio-digestión de la fracción orgánica de los RSU (un 50% de
los desechos de cualquier Ciudad), que permite transformar los desechos orgánicos en
fertilizantes y en energía sin quemarlos, energía térmica para climatización (frio/calor) alto
rendimiento a bajo costo y electricidad para uso domiciliario y alumbrado e innovar en el
proceso de Gestión de RSU.
El rendimiento obtenido tanto en motores ciclo Diésel, Otto, bi-fuel como Turbinas ciclo Brayton y
la mezcla de dos combustibles (BioGas, Diesel y HHO) posibilita su funcionamiento continuado
durante las 24 horas, sin importar localización geográfica, horas de permanencia solar o tiempo
reinante. Generar ahorro del consumo de combustibles fósiles, provoca una significativa
economía en el costo energético en los procesos productivos industriales, el agro, el
transporte público y de carga que se traduce en mejora en la competitividad de la
producción nacional y un importante logro en la lucha contra el Cambio Climático.
Abstract
#30>
+DOLPL
&ULVWLQD
6XODLPDQ
³EVALUACIÓN
MICROECONÓMICA TÉRMICOENERGÉTICA UNITARIA DE ENVOLVENTES
EDILICIA6´ Universidad Nacional de San Juan, Facultad de Arquitectura,
Urbanismo y Diseño, Instituto Regional de Planeamiento y Hábitat.)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
La selección de la envolvente es un factor determinante en el desempeño térmico-energético de
un edificio, siendo habitual utilizar el precio por unidad de superficie para realizar su valoración
económica. La envolvente representa el 40% del costo inicial de una obra y, sumado al alto
consumo energético por climatización es una variable de diseño prioritaria. En Argentina, el 40%
de la demanda energética es generada por los edificios. Si a ello se considera que el 90% de
dicha energía no es renovable, cualquier mejora en la envolvente impacta positivamente en la
economía, el ahorro energético y el ambiente. En trabajos anteriores se desarrolló un
procedimiento micro-económico de evaluación térmico-energética unitaria (PROMETE-U) de
tecnologías de envolventes, aplicando el método del ciclo de vida con los costos en la vida útil
durante la fase de uso de las mismas. Se utilizó como índice el valor anualizado, que incluye los
costos iniciales (materiales, mano de obra y capacidad instalada de climatización), y los costos
futuros asociados (energía para climatización y costos de mantenimiento). Se consideró la
incidencia de los refuerzos sismorresistentes en los costos y en las características térmicas, para
zonas sísmicas. Su estructura en soporte informático facilita la ejecución de estudios
actualizados pudiéndose aplicar a otras regiones y de análisis de sensibilidad en distintos
escenarios, como por ejemplo el aumento en los costos de energía, tasa de descuento
(financiación de proyectos) o diferentes exigencias de confort interior.
El presente artículo es una aplicación actualizada en 14 envolventes ampliamente utilizadas en
la región de cuyo donde el clima y el sismo impactan considerablemente en la elección óptima de
la envolvente edilicia. El aumento significativo del costo de la energía en un contexto inflacionario
amerita este análisis detallado, considerando la vida útil del edificio y su impacto por el consumo
energético esperado. Los principales resultados indican la necesidad urgente de incorporar
nuevas tecnologías de envolventes o diseñar variantes a las tradicionales. Un contexto con
mayores costos iniciales y futuros junto a políticas de construcción masiva de viviendas donde
las decisiones actuales afectan profundamente la matriz energética nacional y el confort interior
en los próximos 50 años o más justifican el presente análisis. La obsolescencia de la
construcción tradicional local queda demostrada otorgando nuevas propuestas en el presente
trabajo. Es posible comparar las tecnologías de envolvente de modo discriminado los costos de
construcción, energía, capacidad instalada necesaria y mantenimiento. A ello se suma el
consumo energético y la valoración de sismorresistencia. De este modo se logra una justa
valoración y comparación de las diferentes alternativas tecnológicas disponibles.
Palabras claves: Método microeconómico, superficie unitaria, evaluación térmico-energética,
envolventes edilicias.
Abstract #31> Federico Nores Pondal, Christian Navntoft, Alejandro
7DNHGD :DOWHU 5DQLHUL \ -RUJH )ROODUL ³0RGHODGR PDWHPiWLFR \
determinación del rendimiento de dos colectores de absorbedor polimérico
VHJ~QHVWiQGDUHVQDFLRQDOHV´871-FRBA)
En el presente trabajo se analizó el comportamiento de dos colectores solares con el mismo
diseño de placa absorbente de tipo serpentina de polipropileno negro, siendo uno compuesto
solamente por esta placa y el otro complementado con un marco de PVC, una cubierta frontal
transparente de policarbonato compacto y una aislación posterior de espuma de poliuretano. Se
realizó un modelado matemático del comportamiento de cada colector y se compararon los
resultados obtenidos con las curvas de rendimiento medidas en el banco de ensayos de
colectores del LESES (Laboratorio de Estudios Sobre Energía solar).
La determinación del rendimiento de colectores solares fue realizada conforme a la norma IRAM
210002:1983. Para el modelado matemático se emplearon las teorías clásicas de HottelWhillier-Bliss sobre colectores solares planos, junto con las de Zhang-Lavan sobre colectores
tipo serpentina.
Comparando los resultados de los modelados matemáticos con los obtenidos
experimentalmente, se observa que existe una correlación entre los resultados teóricos y
empíricos obtenidos para el caso del colector con cubierta, no así para el caso del colector sin
cubierta donde se aprecia una gran divergencia. Esta diferencia se atribuye a que los modelos
utilizados no contemplan la influencia de la radiación infrarroja cercana (térmica).
El colector sin cubierta puede ser utilizado para calentamiento de piscinas en la época estival
mientras que el colector que incluye cubierta y aislación térmica, solo puede ser utilizado en
instalaciones de agua caliente sanitaria de circulación forzada. Su uso termosifónico q queda
anulado debido a la gran pérdida de carga que genera la configuración de la serpentina.
Por otro lado, del análisis económico se desprende que el agregado de la cubierta y la aislación
térmica agregan un sobreprecio que no aumenta proporcionalmente su eficiencia. Finalmente,
estos colectores tienen su mejor opción de uso en el mercado del calentamiento de piscinas por
energía solar.
Abstract #32> 0DUtD %HOpQ 0LJRQH \ -RUJH $ +LOEHUW ³(678',2
COMPARATIVO DE ALTERNATIVAS DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
CON DIFERENTES %,2&20%867,%/(6´( UTN)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
El presente trabajo se propuso investigar si alguno de los siguientes biocombustibles, a saber, biodiesel
producido a partir de aceite de soja, bioetanol producido a partir de caña de azúcar y biogás producido a
partir de una co-digestión anaeróbica de silaje de maíz de planta entera y estiércol de cerdo, presenta
mayores ventajas desde el punto de vista ambiental en comparación a los otros, al ser utilizados para la
generación de energía eléctrica en una central de 1 MW de potencia instalada.
Para evaluar dichas ventajas se calcularon los balances energéticos y de gases de efecto invernado
(GEIs) de cada uno de ellos. Del análisis de dichos balances surge que la mejor alternativa consiste en la
utilización del biogás como fuente energética, el cual, en su proceso de producción genera más de
dieciséis unidades de energía por unidad consumida y representa más de un 90% de reducción de
emisiones en comparación con el gas natural. El mismo es seguido por el bioetanol, el cual posee una
relación energética de algo más de ocho unidades y media de energía y una disminución de gases de
efecto invernadero del 86% comparado con la nafta. Por último, el biodiesel presenta una relación
energética de más de cuatro unidades y media y una reducción de emisiones del 81% en comparación
con su equivalente fósil.
El análisis de los datos obtenidos en relación con el relevamiento bibliográfico, avalan no sólo la robustez
de los datos empleados sino también los resultados obtenidos. No obstante, es importante mencionar
que para el caso del biogás, en nuestro país, aún no se han elaborado estudios concernientes tanto a su
balance energético, como al balance de GEIs. En este sentido, el presente trabajo es inédito. Asimismo,
el mismo podría ser tomado como una referencia para futuros estudios concernientes al balance
energético y de GEIs y como una herramienta de ayuda en la toma de decisiones, tanto a la hora de
desarrollar políticas públicas referidas a la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables,
como así también, a la hora de decidir qué biocombustible utilizar para generar electricidad.
A futuro, resulta de interés continuar esta línea de estudio de manera de incluir el análisis financiero
dentro de la comparación como así también, ampliar al alcance del estudio mediante la realización de un
análisis de ciclo de vida comparativo, incluyendo, entre otras cosas, la huella hídrica y la utilización de
nutrientes.
Palabras Clave: Balance Energético, Balance de Gases de Efecto Invernadero, Biodiesel,
Bioetanol, Biogás.
Abstract #33> Susana Ines CDUXVR\0DUWD(GLWK<DMQHV³0H]FODVFRQEDMD
proporción de Cemento u otros ligantes aplicables a Materiales y Técnicas
Constructivas utilizando Papel Reciclado y Fibras Naturales en su
&RPSRVLFLyQ´ Universidad de Buenos Aires )
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
Introducción o justificación del trabajo Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) están en
constante aumento, contaminando especialmente las áreas suburbanas y se hace indispensable
un abordaje integral. La necesidad de viviendas que cumplan con los estándares de confort
bajando el consumo de energía es urgente. Planteamiento del problema El hormigón es el
material de construcción más empleado en el mundo. Su gran popularidad se debe a sus
excelentes características, como gran durabilidad, resistencia, etc. No obstante, su uso también
acarrea grandes costos medioambientales, entre otros, la enorme cantidad de energía
consumida para la fabricación del cemento y el CO2 liberado durante el proceso.
Algo similar sucede con los mampuestos cerámicos debido al uso de grandes cantidades de
energía para su cocción, sumándose además en el caso de los ladrillos comunes la destrucción
de la capa fértil del terreno. Paralelamente un número elevado de personas sin trabajo y
Cooperativas concurren al CEP ATAE FADU UBA en busca de capacitación para construir sus
viviendas o apoyo para crear microemprendimientos. Dentro de esas capacitaciones aprenden a
fabricar nuevos productos que cumplan con el paradigma de la sustentabilidad. Desde marzo de
2013 se está llevando a cabo en el CEP el Proyecto SI TRP 18, que tiene como objetivo
desarrollar distintas fórmulas utilizando papel reciclado y fibras naturales mezcladas con una
pequeña proporción de ligantes como cemento, cal o arcilla. Se prevé como resultado de esta
investigación lograr materiales que resulten estructuralmente resistentes, económicos, sencillos
de fabricar, más livianos que materiales similares, aislantes térmicos, resistentes al fuego y
agentes biológicos, aptos para vivienda de interés social y que sean ambientalmente amigables,
reduciendo significativamente el impacto ambiental que produce la fabricación tradicional de
bloques, ladrillos y revestimientos, contribuyendo a la creación de un cuerpo de conocimientos
destinados a lograr una construcción más sustentable. Metodología empleada Tanto alumnos
de grado como pasantes y cooperativistas aprenden a investigar y desarrollar materiales
utilizando fibras naturales y RSU, con el objetivo de lograr productos aptos para
emprendimientos sociales y generación de empleos verdes, difundiendo luego los resultados a la
Comunidad. Se ensayan distintas fórmulas y se crean moldes de desarrollo propio con
elementos reciclados, para fabricar los diferentes materiales y objetos. Paralelamente a las
prácticas en taller, los participantes deben elaborar un trabajo teórico basado en búsquedas en
medios académicos, publicaciones varias e internet, que contribuya al cuerpo de la investigación.
Resultados obtenidos
Durante el desarrollo de la Investigación se han obtenido ladrillos, bloques, bovedillas,
revestimientos y placas para distintas aplicaciones. Se han fabricado además prototipos de
pequeños muebles y luminarias: http://papelcemento.blogspot.com.ar/ Se han desarrollado
fórmulas utilizando papel reciclado, fibras naturales y poliestireno posconsumo mezclados con
cemento, cal, arena y aditivos. Se han realizado ensayos preliminares de resistencia al fuego,
transmisión del calor, absorción de agua y estabilidad dimensional con resultados satisfactorios.
Se ha comprobado asimismo su liviandad comparados con otros similares en el mercado. Se
han llevado a cabo también análisis de costos que confirman la economía de los productos.
Palabras Clave: construcción, economía, fibras, papel, residuos
Abstract #34> Christian Navntoft, Fabian Garreta, Federico Nores Pondal,
Federico Antonio Yonar, Maximiliano Fischer, Gabriel Zuloaga, Martin
SXUXFNHU \ 0DULDQR 6KHLQFNPDQ ³Comparación de colectores solares
SODQRV\GHWXERVHYDFXDGRVHQVD\DGRVEDMRQRUPD,5$0´871FRBA)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras): Los colectores solares están en permanente
equilibrio con el ambiente. La eficiencia de conversión del mismo depende de la radiación solar, la
temperatura ambiente, la temperatura del agua de entrada y salida, la velocidad del viento y el caudal
de circulación.
De esta manera, no es posible asignar un solo valor de eficiencia a los colectores solares sino que es
necesario determinar su curva de rendimiento. Esta curva representa el funcionamiento de los
colectores solares bajo distintas situaciones ambientales y es necesaria para dimensionar cualquier
sistema. La curva de rendimiento se determina experimentalmente bajo condiciones controladas de
los parámetros mencionados y conforme a la norma IRAM 210002. La misma define que para
caracterizar a un collector solar, es necesario determinar tres parámetros clave de funcionamiento: la
curva de rendimiento, el factor modificador del ángulo incidencia y la constante de tiempo del
colector. El primero permite conocer la eficiencia de conversión de la energía solar en energía
térmica. El segundo permite conocer como varía esa eficiencia en función del ángulo con el que incide
el sol sobre el colector y el tercero permite conocer el tiempo que tarda el colector en llegar a un
estado estacionario. Estos tres parámetros permiten caracterizar completamente el funcionamiento
del colector y permiten dimensionar el area necesaria para una aplicación específica. En el banco de
ensayos del LESES (Laboratorio de Estudios sobre energía Solar) se han realizado ensayos de
diferentes colectores bajo la norma IRAM 210002.
Este trabajo presenta una comparación de varios colectores ensayados y relaciona sus características
constructivas con los parámetros determinados. Los resultados de este trabajo servirán para ser
utilizados en el dimensionamiento de sistemas que utilicen los colectores ensayados. Asimismo, el
LESES se encuentra transitando el camino hacia la acreditación y es objetivo del mismo, difundir la
existencia de esta instalaciones para que sean consideradas a la hora de implementar una política de
promoción de la energía solar térmica y para divulgar las actividades de investigación que allí se
realizan.
Abstract #35> Susana Ines Caruso, Liliana Amielli, Silvia Rossi y Dante
0XxR]³Módulo anfibio autosustentable´Universidad de Buenos Aires )
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras): Introducción o justificación del trabajo La idea de
diseñar un módulo anfibio que se constituya en refugio autosustentable surgió como respuesta a
la inquietud generada por los numerosos desastres por inundación producidos alrededor del
planeta a raíz del cambio climático. Como arquitectos de un laboratorio de investigación de la
FADU UBA, el CEP ATAE y miembros de una organización sin fines de lucro que se preocupa
por el hábitat sostenible y la educación ambiental, ARCA, Centro de Reciclado y Ecología
Urbana, nos unimos para la creación de soluciones y elegimos la zona del Delta de Buenos Aires
como emplazamiento de este proyecto. El Bajo Delta fue el sitio de los primeros asentamientos
modernos en el río Paraná y está hoy densamente poblado (31.106 personas). Se propone aquí
un nuevo enfoque integrador para los problemas de vivienda e inundaciones, con una solución
de bajo costo que responda a la cultura y al clima locales. Planteamiento del problema El
módulo será fabricado con elementos reciclados o de origen local en su mayoría, con un método
de armado sencillo y contará con sistemas que permitan generar energía, cultivar vegetales,
cocinar, potabilizar el agua y eliminar los desechos, de manera autosustentable.
Podrá ser colocado en tierra como apéndice de una vivienda familiar para constituirse en refugio
durante una inundación, o ser usado como vivienda flotante permanente. Existe asimismo la
posibilidad de agruparlos en pequeñas comunidades flotantes con servicios comunes como
paneles fotovoltaicos, colectores solares y potabilización. Metodología empleada Se capacitará
a Cooperativas del Delta que estén trabajando en artesanías con fibras naturales nativas, para el
armado del Módulo y la fabricación de muebles y equipamiento de tradición local. Resultados
obtenidos Como resultado de este trabajo conjunto se obtuvo un Anteproyecto de Módulo
Anfibio Autosustentable. Esquema constructivo
‡HVWUXFWXUDGRPRJHRGpVLFo de barras metálicas montado sobre plataforma estructural de
tablas recuperadas
‡SRQWyQGHWDPERUHVUHFLFODGRVRGHERWHOODVGH3(7
‡SLVRLQWHULRUFRQSDOOHWVUHFLFODGRV
‡SDUHGHVVDQGZLFKGHWHMLGRVGHILEUDVYHJHWDOHVDXWyFWRQDVHODERUDGRVSRUFRRSerativas
locales, con aislación térmica de lana de vidrio. Los paneles llevarán retardantes de llama
ecológicos a base de bórax en interiores e impermeabilización en exteriores con selladores al
agua
Sistemas Sustentables
‡DJXDFDOLHQWHSRUFROHFWRUHVsolares
‡HOHFWULFLGDGSRUSDQHOHVIRWRYROWDLFRV
‡HOHFWULFLGDGDOWHUQDWLYDSRUPROLQRHyOLFR
‡UHFROHFFLyQ\ILOWUDGRGHDJXDGHOOXYLD
‡SRWDELOL]DFLyQGHDJXDGHUtRPHGLDQWHILOWUDGRFRQSDVWHXUL]DFLyQPHGLDQWHFDOHQWDPLHQWRSRU
colector de botellas de pet y desinfección por ionización
‡LQRGRURFRPSRVWDGRUSRUORPEULFHVFDOLIRUQLDQDV
‡DQDIHHOpFWULFRKRUQDOODVHQFRFLQD
‡PLQLKHODGHUDHOpFWULFD
‡LOXPLQDFLyQSRU/('
‡LQYHUQDGHURLQWHULRUFRQFXOWLYRVSDUDDOLPHQWDFLyQ\HQUHGDGHUDVGHSODntas comestibles para
control solar
‡FRFLQD\KRUQRVRODUHVSDUDXVRHQH[WHULRU
‡FRUWLQDVDUWHVDQDOHVHQHOLQYHUQDGHURSDUDFRQWUROVRODU\FRQWUROWpUPLFRQRFWXUQRHQLQYLHUQR
‡YHQWLODFLyQFUX]DGD\YHQWLODFLyQ-iluminación cenital
‡PXHEOHVGHGiseño local y materiales naturales
‡SLVRV\DPREODPLHQWRVGHPDGHUDUHFXSHUDGD
Palabras Clave: anfibio, autóctono, autosustentable, cooperativas, modulo
Abstract #36> &DUROLQD*DQHP$OIUHGR(VWHYHV\+HOHQD&RFK³Viviendas
existentes en la ciudad de Mendoza, Argentina. Auditoría, propuestas y
FULWHULRVJXtDSDUDODUHKDELOLWDFLyQDPELHQWDOGHODHQYROYHQWH´INCIHUSA
± CONICET)
RESUMEN (entre 300 y 500 palabras):
La vivienda individual es una opción residencial frecuente en America Latina. En este tipo de
construcciones la relación superficie interior/superficie de envolvente es alta (cada m2 de piso 2 a
3.5m2 de envolvente dependiendo si se trata de una tipología abierta o compacta). Esta característica
morfológica presenta por un lado el riesgo de la falta de control en el intercambio energético
interiorexterior que lleve a mayores consumos para el acondicionamiento de espacios; y por el otro
lado una oportunidad potencial de beneficiarse con la energía natural disponible en el lugar para
mantener e incluso mejorar las condiciones de confort y reducir al mínimo el consumo de energía norenovable. Por estos motivos, el diseño de la envolvente o piel del edificio es clave en el
comportamiento ambiental. En la ciudad de Mendoza, Argentina (32º40' Latitud Sur, 68º51' Longitud
Oeste y 750 metros sobre el nivel del mar) la envolvente debe ser flexible y adaptable para lograr los
objetivos de acondicionamiento pasivo en un clima seco, árido (precipitaciones inferiores a 400 mm
anuales) y cuya temperatura media anual no supera los 18ºC (Bwk de acuerdo con la clasificación de
Koeppen, Geiger y Pohl). Este clima presenta grandes variaciones de temperatura diarias y
estacionales (pueden registrarse variaciones diarias entre 40ºC y 18ºC en verano y entre 0ºC y 15ºC
en invierno. La radiación solar sobre superficie horizontal es de 25700 kJ/m2 en Diciembre y 9000
kJ/m2 en Junio). En este trabajo se presenta el monitoreo, control y evaluación de consumo de
viviendas representativas del parque edilicio residencial de la ciudad de Mendoza, pertenecientes a
dos tipologías distintas: abierta y compac
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