ACONDICIONAMIENTO TÉRMICOEFICIENTE

Abril 2008 1

CURSO CONVENIO:

pPROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGETICA - MIE.

p FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR.

PRESENTACION DEL CURSO

pRESPONSABLE ACADEMICO:n Ing. Eduardo Di Fabio Roglia.

pDOCENTES:n Ing. Eduardo Di Fabio Roglia. (UdelaR, UCUDAL)n Arq. Alicia Picción. (UdelaR)nDr. Arq. Guillermo Gonzalo (U.N. de Tucumán.)n Ing. Octavio Rocha. (UdelaR)n Arq. Sara Milicua. (UdelaR)

pCOORDINACIÓN:nUEP (Unidad de Extensión Pedagógica, FARQ)

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PROGRAMA GENERAL

n Introducción.n Conceptos de Energía y Eficiencia Energética.n Confort y Calidad del Aire.n Ejemplos de Proyectos Eficientes.n Comportamiento Térmico de los Edificios.n Acondicionamiento Térmico Artificial (Opciones).n Acondicionamiento Térmico Artificial (Opciones).nMétodos de control.n Actualización de Edificios (“retro fit”).n Evaluación del comportamiento Térmico de un

Edificio (Herramientas).n Proyecto eficiente, Discusión.

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MATERIAL INCLUIDO

En esta Presentación se ha incluido información de las siguientes instituciones y empresas:

n DNTEN (MIEM).-n Energy Information Administration (EIA).-n Wikipedia (definiciones).-

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¿QUÉ ES LA ENERGÍA?

p ENERGÍA es la capacidad que posee un cuerpo o un medio de realizar un trabajo, transformar un material, generar calor, generar movimiento, etc.-

p Es lo que permite que suceda TODO en el universo: la vida, la luz, la electricidad, el fuego, el ruido, el viento, etc.-viento, etc.-

pHay muchos TIPOS DE ENERGÍA: Energía cinética, Energía potencial, Energía eléctrica, Energía electro-magnética, Energía lumínica, Energía sonora, Energía nuclear, Energía calórica, etc.-

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PRIMER PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA

p Ley de la Conservación de la Energía:

“NADA SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA”.-

p Es decir: la Energía no se pierde sino que se transforma, no se la puede crear ni destruir, y transforma, no se la puede crear ni destruir, y cuando creemos que desaparece solo se ha convertido en otra forma de energía.-

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TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA

p La TRANSFORMACIÓN de la ENERGÍA está presente en todos los procesos que observamos en la naturaleza.-

p Ejemplos de Transformación:

n Caída de un cuerpo material?n Caída de un fluido?n Caída de un fluido?n Expansión de un fluido?n Cambio de estado de un elemento?n Energía del sol?n Combustión?n Fisión o Fusión nuclear?

p Ejercicio 1: presentar ejemplos conocidos.-

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ACUMULACIÓN DE LA ENERGÍA

p La ENERGÍA se puede ACUMULAR, transformán-dola en otro tipo de Energía: Estática, Potencial o en Reposo.-

p Ejemplos de Acumulación:

n Elevar un cuerpo?n Elevar un fluido?n Elevar un fluido?n Presionar un resorte?n Presionar un gas?n Calor (Temperatura?)?n Química?n Volante?

p Ejercicio 2: presentar ejemplos conocidos.-

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UNIDADES DE ENERGÍA

p Julio (J) - Unidad de Energía en el Sistema Internacional de Medidas.-n 1J = 1N.m

p Kilowatt hora (kWh) - Unidad de Energía Eléctrica.-n 1 kWh = 3,6 x 106 J

p Kilocaloría (kcal) - Unidad de Energía Térmica.-p Kilocaloría (kcal) - Unidad de Energía Térmica.-n 1 kcal = 4,186 x 103 J

p Tonelada equivalente de petróleo (tep) - Energía que libera la combustión de una tonelada de petróleo crudo.-n 1 tep = 41,868 x 109 J n 1 tep = 10 x 106 kcaln 1 tep = 11,63 x 103 kWh

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POTENCIA

p En Física, Potencia es la cantidad de Trabajoefectuado por unidad de tiempo.Esto es equivalente a la velocidad de cambio de Energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:

dE=

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pUnidades: Newton (N), Vatio (W), kcal/h, Btu/h, etc.

p Ejercicio 3: presentar otras unidades y sus equivalencias kW.-

dtdEP =

ENERGÍA y SOCIEDAD

§ Un requisito para el DESARROLLO ECONÓMICO.-

§ Su nivel de consumo es un indicador de la CALIDAD DE VIDA.-

§ La distribución de su consumo es indicador de la DISTRIBUCIÓN DE LA RIQUEZA en una sociedad y entre las naciones.-

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y entre las naciones.-

§ Las reservas son un RECURSO ESTRATÉGICO y causa de dominación y de conflictos entre naciones.-

§ Su transformación y consumo causan IMPACTOS AMBIENTALES.-

TIPOS DE ENERGÍA

pEnergía PRIMARIA:n Se obtiene directamente del Medio Ambiente.-

pEnergía SECUNDARIA:n Se obtiene a partir de las primarias u otras

secundarias, mediante un proceso de secundarias, mediante un proceso de transformación por medios técnicos.-

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ENERGÍA PRIMARIA

Petróleo

Gas natural

Carbón

Nuclear

Biomasa

HidráulicaHidráulica

Eólica

Residuos Orgánicos

Solar térmica

Solar fotovoltaica

Sigue

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p El PETRÓLEO es una mezcla de hidrocarburos no solubles en agua. Es de origen orgánico, fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de algas y zooplancton, que depositados en grandes cantidades en fondos de mares o lagos del pasado geológico y sin oxígeno, fueron enterrados bajo pesadas capas de sedimentos.-

p La transformación química (craqueo natural) debida al calor y a la presión produce, en sucesivas etapas, desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos).-

PETRÓLEO

cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos).-

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p Principales usos del petróleo y sus derivados:n Combustible.-n Lubricantes.-n Ceras.-n Solventes.-n Derivados Petroquímicos.-

Como Combustible:

PETRÓLEO

p Como Combustible:n Como combustible doméstico e industrial.-n Como combustible para generar energía eléctrica.-n Como combustible para el transporte.-

p Poder calorífico ≈ 10.000 kcal/kg.-

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p El GAS NATURAL es una mezcla de gases que se encuentra en yacimientos fósiles, solo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Su composición varía en función del yacimiento del que se extrae.-

p Está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%.-

p Suele contener otros gases como nitrógeno, etano, butano, propano, mercaptanos, CO2, H2S, y trazas de hidrocarburos más pesados.-

GAS NATURAL

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pUso principal del Gas Natural:n Combustible.-

pPoder calorífico ≈ 9.300kcal/m3.-

pProduce escasa contaminación (la producción de CO2 es poco mayor de la

GAS NATURAL

producción de CO2 es poco mayor de la mitad de la producida por los restantes combustibles fósiles).-

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p El CARBÓN se origina por descomposición de vegetales, hojas, maderas, cortezas, que se acumulan en zonas pantanosas, marinas o lagunas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van juntando en el fondo y quedan cubiertos de agua, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría.-

p Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias y con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono.-

p Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo

CARBÓN

p Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación.-

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pUso principal del Gas Natural:n Combustible para uso Industrial y Residencial.-n Combustible para Generación de Energía Eléctrica.-n Industria siderúrgica, fabricación de hierro, acero y

fundición.-

pPoder calorífico ≈ 2.500 a 7.000 kcal/kg.-

CARBÓN

pPoder calorífico ≈ 2.500 a 7.000 kcal/kg.-

p Como principal impureza tiene azufre (S) y nitrógeno (N), que al quemarse, se liberan en forma de SO2 y NOX para unirse posteriormente al vapor de agua y producir las lluvias ácidas. Además emite grandes cantidades de CO2 (Gas con efecto invernadero).-

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p La FISIÓN NUCLEAR ocurre cuando un núcleo atómico se divide en dos o más núcleos pequeños. La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico que libera cantidades importantes de energía térmica.-

p La FUSIÓN NUCLEAR es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno mayor. El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos fusionados, esta diferencia de masa es liberada en forma de energía térmica.-

p Esta ENERGÍA TÉRMICA se emplea para generar vapor, el que se transforma en energía mecánica utilizando turbinas de vapor.-

NUCLEAR

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pLos reactores que se emplean actualmente, son los de FISIÓN NUCLEAR. Los de Fusión son sólo experimentales.-

pVentaja: n Recurso natural barato, de altísimo contenido

energético que no emite gases contaminantes.-

NUCLEAR

pDesventajas:n Riesgo de accidente poco probable pero grave.-nGestión de residuos radioactivos no resuelta.-

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p La energía de BIOMASA procede de la madera y residuos agrícolas.-p La biomasa es generada por la energía solar. Las plantas transforman

la energía radiante del Sol en energía química a través de la fotosíntesis, la energía se almacena en forma de materia orgánica.-

p La energía química de la biomasa se recupera quemándola directamente o transformándola en combustible.-

BIOMASA (Leña)

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pUso principal del la Biomasa:n Combustible para uso Industrial y Residencial.-n Combustible para Generación de Energía Eléctrica.-

pPoder calorífico ≈ 2.500 kcal/kg.-

pDesventajas:

BIOMASA (Leña)

pDesventajas:n Requiere importantes extensiones de tierra.-n Alto costo de transporte.-

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p Se denomina ENERGÍA HIDRÁULICA a la que se obtiene del aprovechamiento de las energías potencial y cinética de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas.-

HIDRÁULICA

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p La ENERGÍA EÓLICA es la energía obtenida del viento, es decir, aquella que se obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.-

EÓLICA

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Generador Eléctrico Molinos para elevar agua

p Incineración de RESIDUOS ORGÁNICOS.-pFermentación de los RESIDUOS ORGÁNICOS

y generación de BIOGÁS.-

RESIDUOS ORGÁNICOS

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pLa energía SOLAR es captada por paneles por los cuales circula agua y es calentada.-

pEl agua se emplea luego como agua caliente de uso sanitario o para calefacción.-

SOLAR TÉRMICA

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pLa energía SOLAR es captada por fotoceldas que transforman esa energía en electricidad.-

SOLAR FOTOVOLTÁICA

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Por la manera en que su consumo afecta a la disponibilidad del recurso:

p NO RENOVABLES: n Son aquellos cuyo consumo afecta la

disponibilidad.-

p RENOVABLES:

CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS

p RENOVABLES:n Son aquellos cuyo consumo no afecta la

disponibilidad.-

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Por el estado de desarrollo de su explotación:

p TRADICIONALES: n Son aquellos cuya explotación está ampliamente

desarrollada y por tanto constituyen la base del suministro energético.-

p ALTERNATIVOS:

CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS

p ALTERNATIVOS:n Son los que están en desarrollo y por lo tanto

son aún marginales en la matriz energética.-

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CONSUMO DE ENERGÍAS PRIMARIAS

3,000 MTep

4,000 MTep

5,000 MTep

6,000 MTep

7,000 MTepConsumo Mundial de Energía Primaria

Petróleo

Carbón

Gas Nat.

Hidráulica

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-

1,000 MTep

2,000 MTep

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

Petróleo Gas Natural Carbón Nuclear Hidráulica

HidráulicaNuclear

CONSUMO DE ENERGÍA MUNDIAL

10,000 MTep

12,000 MTep

14,000 MTep

16,000 MTep

18,000 MTep

20,000 MTep

Consumo Mundial Total de Energía

PROYECCIÓN

Abril 2008 33

-

2,000 MTep

4,000 MTep

6,000 MTep

8,000 MTep

10,000 MTep

19

80

19

85

19

90

19

95

20

00

20

04

20

10

20

15

20

20

20

25

20

30

Energía

EVOLUCIÓN DEL PRECIO DEL PETRÓLEO

60 U$S/Barril

80 U$S/Barril

100 U$S/Barril

120 U$S/Barril

Precio del Petróleo

PROYECCIÓN

Abril 2008 34

0 U$S/Barril

20 U$S/Barril

40 U$S/Barril

60 U$S/Barril

19

80

19

85

19

90

19

95

20

00

20

05

20

10

20

15

20

20

20

25

20

30

Precio Referencia Precio Alto Precio Bajo

SITUACIÓN ENERGÉTICA NACIONAL

Abril 2008 35

FUENTES DE ENERGÍA

pEnergía Primaria:

n Petróleo CrudonGas NaturalnHidroenergían Leña

pEnergía Secundaria:

n Supergás y PropanonGasolinas y NaftasnQuerosenonDiesel y Gas OilLeña

n Residuos de Biomasan Carbón Mineral

Diesel y Gas Oiln Fuel OilnOtros Combustiblesn Coquen Carbón Vegetaln Electricidad

Abril 2008 36

2000

2500

3000

CONSUMO FINAL TOTAL DE ENERGÍA

CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL

0

500

1000

1500

19

65

19

70

19

75

19

80

19

85

19

90

19

95

20

00

20

05

kte

p

Abril 2008 37

1000

1200

1400

1600

1800

kte

p

CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR FUENTE

DERIVADOS DE PETRÓLEO

CONSUMO ENERGÉTICO p/FUENTE

0

200

400

600

800

1000

1990 1995 2000 2005

kte

p

GAS NATURAL

LEÑACARBÓN VEG.

CARBÓN MIN.DERIVADOS

RESIDUOS DE BIOMASA

ELECTRICIDAD

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CONSUMO ENERGÉTICO p/FUENTE

Abril 2008 39

BALANCE ENERGÉTICO EXTERIOR

1000

1200

1400

1600

COMERCIO EXTERIOR DE ENERGÍA SECUNDARIA

IMPORTACIONES

EXPORTACIONES

Abril 2008 40

0

200

400

600

800

1990 1995 2000 2005

kte

p EXPORTACIONES

600

700

800

900

1000

kte

p

CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR SECTOR

ResidencialComercialServicios

Transporte

Industrial

CONSUMO ENERGÉTICO p/SECTOR

0

100

200

300

400

500

1990 1995 2000 2005

kte

p

AgroPesca

Abril 2008 41

CONSUMO ENERGÉTICO p/SECTOR

Abril 2008 42

200

250

300

350

kte

p

CONSUMO FINAL ENERGÉTICOSECTOR RESIDENCIALLEÑA

CARBÓN VEG.

ELECTRICIDAD

CONSUMO ENERGÉTICO RESIDENCIAL

0

50

100

150

200

1990 1995 2000 2005

kte

p

SUPERGÁSPROPANO

DIESEL OILGAS OILFUEL OIL

GAS NATURALGAS DE COQUE

QUEROSENO

Abril 2008 43

CONSUMO ENERGÉTICO RESIDENCIAL

supergás13%

queroseno1%

diesel oil y gas oil0% fuel oil

4%

electricidad35%

Abril 2008 44

gas natural2%

leña y carbón vegetal

45%

AÑO 2006 ktep

CONSUMO ELÉCTRICO SECTOR RESIDENCIAL

Abril 2008 45

CURVA DE CARGA SECTOR RESIDENCIAL

Curva de carga - Dia tipo: Segunda a Sexta Inverno- Verão e Resto do ano

Setor Residencial

500000,00

600000,00

700000,00

800000,00

Inverno

Abril 2008 46

0,00

100000,00

200000,00

300000,00

400000,00

500000,00

hora do día

kW

Verão

Resto do ano

CURVA DE CARGA SECTOR RESIDENCIAL

150000,00

200000,00

250000,00

300000,00

kW

Ilumninação

Cocção

Conservação dealimentosAquecimento de água

Abril 2008 47

0,00

50000,00

100000,00

hora do día

kW

Ventilação

Aquecimento ambiental

Ferro elétrico

Lavado e secado

Vídeo e Audio