CONCEPTOS BASICOS PARA EL AHORRO ENERGETICO ENINSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO

Ing. Nestor Quadri

La necesidad de hacer frente al dficit energtico originado por el incesante aumento delconsumo de energa debe ser ampliamente difundido porque es indispensable crear unaconciencia colectiva sobre su uso racional. Desde este punto de vista, es necesario fijarlos criterios bsicos de eficiencia energtica en el diseo de los sistemas de aireacondicionado que generalmente constituyen el principal consumidor de energa en losedificios

Generalidades

Un sistema de aire acondicionado bien proyectado y ejecutado, orientado haciael ahorro de energa, debe contar con equipos eficientes, uso de combustibleseconmicos o fuentes de energa alternativas y a esto debe agregarse unacorrecta operacin, mediante temperaturas, velocidad de distribucin defluidos, tiempos de utilizacin y sistemas de control ptimos. Por otra parte, laaplicacin de un adecuado aislamiento trmico y la mejora en la hermeticidadde los edificios es fundamental, dado que ello implica equipos ms pequeoscon menor consumo energtico durante toda la vida til.

Los proyectos deben realizarse en funcin de la caracterstica de la instalaciny estructurados de manera coherente, debindose efectuar un balanceenergtico con un anlisis econmico para definir la solucin ms conveniente.Deben fraccionarse la capacidad de los equipamientos a fin de adaptar laproduccin de aire acondicionado a la demanda de calor del sistema en lamagnitud y momento que se produce, con objeto de conseguir en cadainstante, el rgimen de potencia ms cercano al de mximo rendimiento.

Para ello, es necesario establecer las distintas tecnologas a emplear ya seaagua fra o expansin directa, los tipos de condensacin a agua o aire, etc.,considerando el diseo de la instalacin para la funcin a que va a ser utilizada.Debe tenerse en cuenta que instalar equipamientos ms eficientes, adoptaraislaciones ms eficaces, proyectar edificios que disipen menos energa oproveer instalaciones que recuperen energa, obliga a mayores inversioneseconmicas que deben retornar con el ahorro que pueda conseguirse, sobre labase del tiempo que se considere necesario establecer como razonable.

Existen numerosas tecnologas y medios de aplicacin para disminuir elconsumo energtico, por lo que se deben analizar las caractersticasparticularidades de cada caso, de modo de aplicar conceptos de diseo en laseleccin de los sistemas, que permitan obtener menores gastos en la fase deexplotacin y mantenimiento, pudindose considerar para su estudio lossiguientes parmetros bsicos:

Disminucin de las necesidades de energa Utilizacin de energas gratuitas Incremento de la eficiencia energtica Correcta regulacin del sistema

DISMINUCIN DE LAS NECESIDADES DE ENERGA

La forma ms clara de ahorrar energa es la de buscar todas aquellassoluciones que limiten en forma temporal o cualitativamente los consumosenergticos del sistema. Es indispensable como primer medida en la fase inicialdel proyecto, la adopcin de soluciones arquitectnicas que tiendan a lareduccin del consumo energtico mediante un correcto uso del aislamientotrmico, teniendo en cuenta la radiacin solar y una adecuada especificacinde aventanamientos para reducir ganancias de calor e infiltraciones, ya que elloimplica equipos de aire acondicionado y calefaccin ms pequeos, con unconsumo menor.

Los vidrios de las ventanas actan como una trampa de calor dado que dejanpasar la luz solar y calientan los elementos del ambiente, pero la radiacincalrica invisible que estos emiten a su vez no pasa a travs del vidrio, por locual el calor almacenado no puede escapar denominndose efectoinvernadero, de modo que las reflexiones sucesivas de la radiacin calrica enlas paredes, pisos y mobiliario de un recinto hacen que ste acteprcticamente como una caja negra que absorbe toda la radiacin incidente. Sibien en invierno este efecto invernadero es sumamente beneficioso, no lo es enverano, debindose dotar de una buena proteccin solar a las ventanas.

Adems, es muy importante analizar la automatizacin de los circuitos dealumbrado en funcin de los horarios de uso y de acuerdo a los requerimientos.La utilizacin de lmparas de alto rendimiento constituye un elemento aconsiderar, as como tambin reguladores que permitan reducirautomticamente el nivel de iluminacin y el eventual apagado, en funcin delas reales necesidades.

Entre las muchas formas de lograr ahorro energtico en instalaciones de aireacondicionado se puede mencionar como la ms simple su propio aislamientotrmico y la disminucin o aumento de la temperatura de diseo o set-point delos locales segn sea invierno o verano respectivamente, que puede suponerun ahorro anual, siempre que ello no implique una reduccin substancial de lascondiciones de confort.

UTILIZACIN DE ENERGAS GRATUITAS

El uso de energas gratuitas constituye un elemento importante para el ahorroenergtico. Se pueden mencionar como las ms interesantes las siguientes:

Aprovechamiento del aire exterior (free-cooling) Enfriamiento evaporativo

Free-cooling

Una de las formas de reducir el consumo energtico es el empleo del sistemaeconomizador denominado free-cooling de aire exterior para aprovechar subaja entalpa cuando las condiciones exteriores son favorables como enverano, para disminuir el uso de los equipos de aire acondicionado.

Fig 1. Esquema de funcionamiento de free-cooling

En el esquema de la figura1 se detalla el procedimiento ms usual para llevar acabo el free-cooling, contando el sistema con un ventilador en la lnea deretorno, que puede canalizar dicho aire eliminndolo hacia el exterior, orecirculandolo hacia la unidad de tratamiento de aire.

La regulacin de la proporcin de aire eliminado o recirculado se realizamediante un juego de persianas en funcin del grado de apertura o cierre y unatercera persiana en la toma de aire exterior opera sincronizadamente con elaire eliminado al exterior y de esa manera, al aumentar el caudal de aireexterior a medida que la persiana se abre, se va cerrando la del aire recirculadoy se abre la del aire expulsado.

En la operacin del sistema de free-cooling se pueden plantear los siguientescasos:

Temperatura del aire exterior menor que la del aire de impulsin Temperatura del aire exterior mayor que la temperatura del aire de impulsin, pero menor

que la del aire de retorno de los locales Temperatura del aire exterior mayor que la temperatura del aire de retorno de los locales.

En el grfico de la figura 2 se representa el procedimiento descriptoanteriormente, considerando una temperatura del aire del local o de retorno de25C y una temperatura mnima de impulsin de 15C, establecindose el picode carga del local a las 15 horas.

Fig 2. Grfico de regulacin de un free-cooling

Se observa que durante el intervalo horario AB, la temperatura del aire deimpulsin es menor que el de impulsin de modo que el sistema modula lascompuertas hasta lograr que la mezcla del aire exterior con el aire recirculadoalcance el valor determinado por la curva de temperatura de impulsin, siendoinnecesaria la produccin de fro, por lo que, el enfriamiento gratuito.

En el intervalo BC el aire exterior es mayor que la temperatura de impulsinpero inferior a la temperatura de retorno que es el del local, en ese nterin elsistema frigorfico debe operar parcialmente para bajar la temperatura del aireexterior que se introduce en un 100% hasta alcanzar la temperatura deimpulsin requerido por los locales y cuando la temperatura del aire exterioralcanza a la del local constituye el lmite del enfriamiento gratuito.

Por ltimo, durante el perodo CD, donde la temperatura del aire exterior essuperior a la temperatura de retorno de los locales, la instalacin funciona enforma convencional, para satisfacer las necesidades de ventilacin de loslocales. Los intervalos DE y EF son similares a los BC y AB.

El sistema descripto precedentemente se basa en el control por temperaturadel aire exterior, pero en algunos casos es conveniente efectuar lo que sedenomina control entlpico.

Fig 3. Esquema en baco psicromtrico de regulacin del free-coling

En la figura 3 se representa el proceso anteriormente descripto en el bacopsicromtrico. Si el control del free-cooling es por temperatura, existe una zonacomprendida entre la temperatura de bulbo seco del local, la temperatura debulbo hmedo y la curva de saturacin rayada en el grfico, que demuestra quesi bien la temperatura seca del aire exterior es menor que la de retorno o dellocal y por lo tanto puede absorber calor sensible del mismo, en al misma laentalpa del aire exterior es mayor que la del aire del local, por lo que escontraproducente el ingreso del mismo en el sistema.

Por ello, en zonas donde durante un elevado nmero de das se produce esacircunstancia debe siempre efectuarse un control entlpico del sistema. Elmismo consiste en determinar en todo momento los parmetros de temperaturay humedad, integrando automticamente la entalpa y cantidad de calor del aireexterior y el de retorno de los locales.

Alternativas de instalacin

Es posible muchas variantes de instalacin y en la figura 4 se muestran losesquemas de algunas alternativas posibles. En el primer detalle se utiliza unventilador de impulsin de aire exterior con persiana de descarga al pleno delequipo, descargndose el aire del local por sobrepresin e mediante persianasubicadas en el mismo.

Fig 4. Esquemas de sistemas free-cooling de aire exterior

En el detalle siguiente se muestra un sistema ms sencillo, que consiste en lautilizacin de solo el ventilador del mismo equipo de aire acondicionado,absorbiendo el aire del pleno de retorno y descargndolo por sobrepresin enel local. Por ltimo, se detalla el caso en que el equipo de aire acondicionadoest colocado en el mismo ambiente donde se instala un ventilador deimpulsin de aire nuevo directamente al local acondicionado.

Los sistemas deben ser automticos de modo de poder regular la apertura delpaso del aire en forma proporcional a las necesidades mediante persianasmotorizadas modulantes, comandadas por un controlador con un sensor

exterior e interior. Se destaca que en los ejemplos detallados, podra haberseinstalado un ventilador de extraccin en reemplazo de la persiana modulantepara salida del aire exterior, con una mejor regulacin.

El mantenimiento de la limpieza de los filtros es muy importante en los sistemascon free-cooling debido a que el caudal circulante de aire exterior es muchomayor que en los sistemas convencionales. Se debe utilizar un sensor de filtrosucio para la entrada de aire exterior, que en virtud de la diferencia de presinantes y despus del mismo, accione una alarma mediante un dispositivo decontrol y deshabilite el sistema hasta que se limpie o cambie el filtro y seresetee la alarma.

En la figura 5 se muestra el detalle de un sistema free-cooling instalado en unequipo autocontenido denominado mochila porque se lo instala colgadodirectamente sobre una pared, especialmente en shelter o edificios pequeosdestinados a suministros de aire acondicionado para locales de telefona o salacon dispositivos elctricos, transformadores, etc. ubicados en sitios remotos,siendo de funcionamiento prctico y sencillo, mediante la permutacin delcircuito de aire.

Fig 5. Detalles de sistema free-cooling en equipo autocontenido tipo mochila

La aplicacin de free-cooling mediante el enfriamiento de agua por medio delaire exterior, constituye una variante a considerar en los proyectos de aireacondicionado.

Enfriamiento evaporativo

El enfriamiento evaporativo es un proceso de transferencia de masa de aguaen una corriente de aire por contacto directo, en la que se obtiene elenfriamiento sensible del aire por evaporacin del agua. El mtodo es anlogoal de un aparato de humectacin y al de una torre de enfriamiento y ladiferencia es el objetivo final, que es humectar el aire en el humectador yenfriar el agua en la torre, mientras que en este caso es la de enfriar el aire.

El contacto entre los dos fluidos aire y agua puede tener lugar sobre unasuperficie de gran extensin con el propsito de aumentar el contacto ntimoentre ellas. El proceso de transferencia de calor es adiabtica, de modo que semantiene prcticamente constante la entalpa del aire o lo que es casi lomismo, su temperatura de bulbo hmedo.

Como se observa en la figura 6, el agua se evapora en contacto directo con elaire de suministro, produciendo su enfriamiento y aumentando su contenido dehumedad en un proceso de cambio adiabtico de calor. El aire suministra elcalor al agua produciendo su evaporacin, de modo que su temperatura debulbo seco baja y se incrementa la humedad.

Fig. 6.Detalle esquemtico de un sistema evaporativo

De esa manera, el calor intercambiado desde el aire iguala a la cantidad decalor absorbida por la evaporacin del agua y el agua se recircula por elaparato, su temperatura se aproxima a la de bulbo hmedo del aire delproceso, tal como se indica en la figura 7.

Fig. 7.Detalle de proceso en el baco psicromtrico

Bsicamente estn compuestos por un elemento de humectacin, un ventiladorcentrfugo y en los sistemas de atomizacin es necesario disponer de unabomba de circulacin con sus correspondientes tuberas y toberas y lacaracterstica del medio de humectacin de los enfriadores evaporativos fibrasde madera aglomerada con el necesario tratamiento qumico para incrementarla humectacin y prevenir el crecimiento de los microorganismos, los que sonmontados en marcos de metal o plsticos removibles o de medio rgidoconformados por un enjambre de placas corrugadas hechas normalmente deplstico.

Para realizar el enfriamiento evaporativo de una instalacin de aireacondicionado es necesario que se den en el clima exterior dos requisitos:

Elevadas temperatura exteriores de bulbo seco Temperatura de bulbo hmedo relativamente baja

En general para temperaturas exteriores mayores de 35C y temperaturas debulbo hmedo menores de 24C, de modo que son de aplicacin en climasexteriores clidos y secos.

Como se haba mencionado, los sistemas evaporativos directos aunquepueden relativamente disminuir la temperatura del ambiente algunos grados yventilar, agregan vapor de agua a los ambientes. Su aplicacin entonces puedeser para locales industriales, criaderos, grandes espacios de circulacin, etc.,donde el efecto de humedad no constituya un inconveniente.

Tambin existen enfriadores evaporativos indirectos que enfran porevaporacin una superficie de intercambio enfriando el aire en forma sensiblemanteniendo constante la humedad especfica pero con menos eficiencia.

Actualmente se fabrican equipos compactos autocontenidos de enfriamientodirecto que van desde las prestaciones individuales para los mismos locales aequipos de mayor tamao para montarse sobre techo o paredes conconductos, similares a los equipos roof-top de aire acondicionado, cuyomontaje es sumamente sencillo.

INCREMENTO DE LA EFICIENCIA ENERGTICA

Se pueden mencionar las siguientes acciones para lograr ese objetivo:

Zonificacin de los equipamientos para satisfacer sus necesidades particulares. Adecuada seleccin de las temperaturas de evaporacin y condensacin. Empleo de sistemas de distribucin de fluidos con motores de velocidad variable. Aplicacin de equipos de bomba de calor Sistemas de cogeneracin Aprovechamiento del calor de condensacin de los equipos de refrigeracin o el calor

latente de los humos en calderas Recuperacin del calor del aire de descarga de ventilacin Mtodos de acumulacin trmica

Es necesario en el diseo efectuar la zonificacin y la parcializacin adecuadade la capacidad de los equipamientos a fin de adaptar la generacin de aire

acondicionado a la demanda de calor del sistema en la magnitud y momentoque se produce. Debe recordarse que la eficiencia de las mquinas se reducena cargas parciales.

Las temperaturas de diseo en la evaporacin o la condensacin son factoresmuy importantes en la determinacin del proyecto desde el punto de vistaenergtico.

En efecto, el coeficiente de performance (COP) de los equipos de aireacondicionado aumenta:

Aumentando la temperatura de evaporacin Disminuyendo la temperatura de condensacin

Debe analizarse con detenimiento la temperatura enfriamiento en la distribucinde los fluidos y el uso de los sistemas de condensacin por aguacontraponiendo los menores consumos de operacin con los mayores costosde mantenimiento que los de aire, teniendo en cuenta que el agua potablecomienza a ser un recurso cada vez menos econmico.

El uso de mtodos de regulacin mediante equipos de distribucin de fluidos avelocidad variable representa un ahorro importante en el consumo energticocon respecto a los de velocidad constante. Tal es el caso de los sistemas devolumen variable en las instalaciones todo aire, la regulacin mediante bombasde velocidad variable en los sistemas todo agua o los sistemas de volumen derefrigerante variable.

Por otra parte, son recomendables por su mayor eficiencia los sistemas decalefaccin por bomba de calor teniendo en cuenta las caractersticas de laszonas de emplazamiento y utilizacin de los equipamientos complementadoscon la refrigeracin, en reemplazo de las resistencias elctricas. La bomba decalor permite adems transferir el calor de una zona a otra del edificioreduciendo el consumo energtico.

Estos temas son muy importantes y puede llegar a ser determinantes paradefinir el partido de un proyecto global de aire acondicionado y requieren unanlisis muy particularizado.

Cogeneracin

En los casos comunes, la energa trmica, se genera utilizando loscombustibles tradicionales en los diversos tipos de equipos y la energaelctrica normalmente es distribuida por medio de la red pblica. Sin embargo,existen alternativas para generar energa trmica y elctrica en forma conjuntacon una mayor eficiencia que la obtenida por los sistemas convencionales.

Se puede observar en el esquema comparativo que se muestra en la figura 8 ladiferencia de un sistema convencional y cogeneracin para satisfacer lasnecesidades de energa elctrica y calor, por lo que puede definirse lacogeneracin como la tcnica empleada para la produccin simultnea de

energa, por lo general elctrica y trmica a partir de una sola fuente decombustible. La idea bsica es recuperar la energa calrica disipada comoresiduo no til, para su aplicacin en diversos usos, como por ejemplo enactividades industriales que requieren electricidad y calor.

Si bien las aplicaciones de la cogeneracin destinada a calefaccin o aguacaliente sanitaria se encuentran muy extendidas, debido a que la demanda esestacional no se puede obtener plenamente la potencialidad de cogeneracin,puesto que en verano lo que se necesita es agua fra para la climatizacin.Para ello se emplean mquinas enfriadoras de absorcin que pueden seralimentadas con agua caliente, vapor o directamente por los gases de lacombustin en el caso de las turbinas de gas o motores alternativos y queproporcionan refrigeracin con un consumo mnimo de energa elctrica.

Fig. 8. Suministro de energa elctrica y trmica en un sistema convencional y de cogeneracin

En el esquema de la figura 9 se detalla la produccin de agua calienteaprovechando el calor disipado por el motor del grupo electrgeno,recuperando en primer lugar el calor residual del aceite y del medio derefrigeracin en las camisas del motor mediante intercambiadores de placas yfinalmente el calor de los gases de escape a 200 a 250C, a travs derecuperadores de calor convenientemente diseados. Adems mediante unaenfriadora de agua a absorcin se aprovecha el calor para producir agua frapara refrigeracin.

El ahorro de energa anual que se consigue instalando un equipo decogeneracin depende de la caracterstica de cada caso, pero en generalpuede estimarse en alrededor del 20%, lo que permite la amortizacin delmayor costo de inversin que representa, en pocos aos.

Fig. 9 Detalle esquemtico de sistema de cogeneracin con grupo electrgeno

La operacin se hace ms efectiva cuando las cargas trmicas y elctricas sehacen coincidentes cosa que muchas veces no ocurre. Por ello, otra alternativala constituye directamente el uso de motores a gas como combustible, paraaccionar los compresores de aire acondicionado donde se obtienen altosrendimientos de la energa primaria adems del ahorro adicional por elaprovechamiento del calor extrado del agua de refrigeracin del motor y de losgases de escape incrementando el rendimiento de la energa contenida en elcombustible.

El diseo y fabricacin de un equipo de fro por compresin es independientede cul sea la fuente de movimiento y la nica diferencia radica en si se utilizaun motor a gas natural o uno elctrico.

Los motores de combustin interna utilizados son de ignicin por chispaelctrica mediante bujas proceden de motores de cuatro tiempos a naftaadaptados para la utilizacin del gas natural como carburante. En general, losmotores de pequea media potencia son de aspiracin natural y los de mayorpotencia son turboalimentados, es decir, utilizan un compresor de aire movidopor una pequea turbina alimentada por los gases de escape.

El control de las cargas parciales se consigue modulando la velocidad delmotor y desde el punto de vista de la eficiencia energtica, es una ventajacuando se funciona a carga parcial con respecto a los motores elctricos de loscompresores que generalemente son a velocidad constante.

Otro aspecto a considerar lo constituye el empleo de la recuperacin de calorde condensacin de los equipos frigorficos que desprenden en gran cantidaden su funcionamiento el que puede ser empleado convenientemente para elabastecimiento de agua caliente, especialmente para oficinas oestablecimientos comerciales. Por otra parte, el aprovechamiento del calor delcalor latente de condensacin de los productos de la combustin empleandocalderas de condensacin de alta eficiencia operando a baja temperatura esuna aspecto importante a considerar en los proyectos.

Recuperacin de calor del aire de descarga de ventilacin

La recuperacin del calor aprovechando la capacidad trmica o entalpa delaire interior contaminado que debe eliminarse al exterior cuando se introduceaire nuevo en el proceso de ventilacin con objeto de diluir los elementospolucionantes y mantener la calidad del aire interior en los locales es un factora tener en cuenta para el ahorro energtico. Ese calor puede transferirse al airenuevo que se incorpora, tanto en verano como en invierno, lo que permitereducir la carga de ventilacin.

De esa manera, se recurre entonces al empleo de recuperadores de calor, parareducir la carga de ventilacin. En general las normas europeas recomiendansu instalacin cuando el caudal de aire excede de 180 m3/min. y el diseo delrecuperador debe ser de rendimiento superior al 45%, en las condiciones msextremas de diseo.

Fig. 10 Detallle de varios tipos de recuperadores de calor de placas

Los recuperadores aire-aire cuyas variantes se indican en la figura 10 se losconoce tambin como recuperadores de placas o estticos donde elintercambio de calor se produce a travs de un conjunto de placas de metlicasmuy prximas y paralelas, al provocarse dos flujos de aire cruzados que nollegan a mezclarse. Si bien requieren bastante espacio para su instalacin,carece de elementos mviles, lo que provoca un mantenimiento mnimo y losrendimientos de recuperacin suelen ser muy buenos, situndose entre el 60 y70%.

El recuperador agua-aire indicado en la figura 11, consiste en el empleo de dosbateras intercambiadoras de tubos de cobre con aletas de aluminio, que seinstalan en los conductos de extraccin y el de entrada de aire respectivamentey se los vincula con una bomba que recircula el agua entre ambas, transfiriendode esa manera, el calor de una a otra. El rendimiento de estos equipos es deun 40 a 50% y presenta las ventajas de su fcil adaptacin al sistema.

Fig.11 Esquema de recuperador agua- aire

Otro tipo empleado es el recuperador por tubo de calor "heat pipe" que estformado por dos bateras construidas por tubos metlicos revestidosinteriormente con un material poroso, en los que se les ha hecho vaco ycargado con un lquido refrigerante, el que se separa en dos zonas una fra yotra caliente, tal cual se indica en el detalle de funcionamiento de la figura 12.

Fig. 12 Principio de funcionamiento de los tubos de calor

Fig. 13 Configuracin externa de un recuperador de tubos de calor

En la zona caliente, por ejemplo, en contacto en verano con el aire deventilacin que entra al sistema de aire acondicionado, se produce laevaporacin del lquido, lo que provoca continuamente vacos en la estructuraporosa que son llenados continuamente por nuevo lquido que proviene de lade la seccin donde ese vapor se condensa porque se encuentra en la zonafra, que sera el aire viciado que se expulsa de los locales acondicionados. Deese modo, el tubo puede actuar alternativamente como condensador yevaporador en la que fluido que circula de una a otra extremidad por ladiferencia de presiones en la masa porosa.Al colocar varios tubos uno al lado de otro conforman una bateraintercambiadora de calor el cual se monta en un marco metlico, que incorporauna separacin intermedia que la divide en dos zonas, por donde se hacepasar el aire expulsado y el aire exterior, establecindose los flujos a

contracorriente para lograr una mayor eficiencia, tal cual se indica en la figura13. Tiene la ventaja de su fcil adaptacin a un climatizador o en conductos ycarece de mantenimiento mecnico y su rendimiento oscila entre el 50 y 60%.

Otro tipo son los recuperadores rotativos que estn constituidos por un panelcircular de material sinttico, plstico o aluminio, formando pequeas celdillasrecubiertas por una capa viscosa inorgnica e higroscpica. Cada uno de losflujos de aire atraviesa un semicrculo cedindole sus propiedades entlpicas alpanel, mientras ste gira de forma que la masa acumuladora permeable, captacalor del flujo de aire caliente y al girar, lo cede al flujo de aire fro, como seindica en la figura 14 y el esquema funcional de la figura 15.

La eficiencia del recuperador vara con velocidad de rotacin, la velocidadfrontal del aire y la densidad del material que constituye el rotor captando elcalor sensible y la humedad del aire de extraccin con un rendimiento quepuede llegar al 75%.

Fig. 14 Detalle esquemtico de montaje de recuperador rotativo

Fig. 15 Esquema funcional recuperador rotativo

Acumulacin de calor

El propsito del almacenamiento trmico en sistemas de aire acondicionadoconsiste en la acumulacin de energa en un horario determinado, parautilizarlo a otro diferente, constituyendo lo que se denomina volante trmico

Los sistemas de acumulacin para refrigeracin pueden clasificarse en:

Sistemas de calor sensible: Agua fra Sistemas de calor latente: Aguahielo o Sales hidratadas

En la figura16 se detalla la estrategia operativa para el caso dealmacenamiento con agua fra mediante una unidad enfriadora, para satisfacerlas cargas de un sistema de aire acondicionado, de acuerdo a lo siguientes:

Fig. 16 Estrategia operativa de un sistema de almacenamiento de fro

Recarga de almacenamiento,El sistema primario carga directamente al almacenamiento, cuando no existen requerimiento onecesidades en el edificio, generalmente de noche.

Recarga de almacenamiento y suministro al edificioEl sistema primario satisface la carga del edificio y al mismo tiempo, el exceso de capacidad sedestina a cargar el almacenamiento, durante las cargas parciales.

Suministro directo al edificioEl sistema satisface las cargas instantneas del edificio, como es el caso de no contar conalmacenamiento trmico, generalmente en las cargas elevadas.

Descarga del almacenamiento y carga de trabajo.El sistema primario funciona a toda su capacidad y simultneamente recurre a la carga dealmacenamiento para compensar el dficit de carga de capacidad del sistema, en el caso delas cargas pico.

Descarga del almacenamiento.El almacenamiento suministra todas las cargas requeridas sin el funcionamiento de los equiposprimarios. En caso de falta de energa, tareas de mantenimiento, requerimiento de cargasparciales muy pequeas inferiores a la capacidad mnima de la mquina o recortes de picos deconsumo energtico.

Las aplicaciones y ventajas de los sistemas de acumulacin son las siguientes:

Trmicas

Diseo de equipamiento mas pequeo Evitar reciclajes de los equipamientos Mayor seguridad de funcionamiento

Elctricas

Recortes de pico de consumo elctrico Aprovechamiento de tarifas elctricas nocturnas

En el aspecto trmico el almacenamiento se puede recortar los picos dedemanda de cargas trmicas que se producen durante el da, permitiendo eldiseo de equipos de climatizacin ms pequeos, pero funcionando mashoras durante el da. Esta caracterstica permite adems de ahorrar en el costodel equipamiento, aumentar el rendimiento de la planta frigorfica porquetrabajan a capacidades uniformes al mximo rendimiento, salvando las cargasparciales pequeas, sin reciclajes y por otra parte, es un mtodo ideal paraincrementar la capacidad de un sistema existente de aire acondicionado.

Adems, se origina una mayor fiabilidad en la generacin ya que la energaproviene de dos fuentes, constituidas por un lado, por un sistema dinmico delas plantas enfriadoras y por otro, un sistema esttico de los tanques deacumulacin. En casos de corte de suministro elctrico, se cuenta con ciertotiempo de seguridad de mantenimiento de la temperatura ambiente debido a lacarga trmica almacenada y se pueden contemplar paradas de la instalacinpara realizar mantenimientos de emergencia.

De esa manera, los sistemas de almacenamiento permiten la eliminacin de ungrupo electrgeno fijo para los fines de seguridad del servicio de aireacondicionado, estableciendo un tiempo de funcionamiento en caso de corteelctrico y solo se deben utilizar eventualmente grupos electrgenos mviles siese tiempo de seguridad de corte es rebasado en caso de extrema necesidad.

En cuanto al aspecto elctrico, durante los perodos fuera de pico, se almacenala energa trmica la que debe estar disponible durante la mxima demanda yen los momentos que se supera el pico de energa elctrica contratada, sedesconecta el equipamiento de aire acondicionado durante el tiempo deautonoma prevista en el diseo del volante trmico. De esa manera, se evita elreajuste de tarifas de las compaas elctricas con el consiguiente ahorro enlos costos energticos.

Por otra parte, teniendo en cuenta que las Compaas proveedoras deelectricidad fomentan el uso de la energa elctrica en horas nocturnas,generalmente se efecta el almacenamiento trmico durante las horas de lanoche, produciendo de esa manera un ahorro en los costos energtico.

Almacenamiento con agua fra

Es el sistema ms simple, donde el agua se almacena en un tanque deacumulacin como se muestra en la figura 17 y se enfra fuera de las horas deutilizacin a la temperatura mas baja posible, mediante el empleo de mquinasenfriadoras de lquido destinadas al acondicionamiento del edificio. El aguatiene un calor especfico igual a 1 kcal/kgC y almacena solo una determinadacantidad de calor sensible en funcin de la masa de agua y la variacin de latemperatura.

Fig. 17 Detalle esquemtico de un sistema de acumulacin con agua fra

Con la unidad enfriadora funcionando, se enva la suficiente agua fra parasatisfacer la carga requerida de refrigeracin y el exceso se bombea dentro delfondo del tanque mientras el agua templada se extrae desde la parte superiordel tanque para ser llevada al enfriador. Cuando no hay suficiente agua fradesde el enfriador para satisfacer el requerimiento de refrigeracin, se extraeagua fra adicional desde el fondo del tanque mientras que el agua templada deretorno se agrega en la parte superior del tanque.

Las desventajas del almacenamiento trmico con tanque de agua son loslmites en la capacidad por el acotado rango de temperatura del agua, lo querequieren grandes volmenes y las prdidas o ganancias de calor en el sistemapor transmisin.

Almacenamiento de hielo

Estos sistemas se caracterizan por grandes cantidades de almacenamientotrmico a casi temperatura constante porque dependen del calor latenteasociado con un cambio de estado fsico o tambin denominado cambio defase generalmente hielo.

Como una alternativa al hielo, el contenedor puede tener una sal eutctica, quees una mezcla que cambia de estado desde lquido a slido a una temperaturaespecfica eligindose su frmula para fijar la temperatura de cambio deestado. Otra variante es el uso de cera encapsulada.

La acumulacin trmica de la energa frigorfica se realiza generalmente engrandes instalaciones mediante bancos de hielo, basados en el calor en elcalor latente para cambiar de estado fsico de agua a hielo, aprovechando lasventajas del alto calor de fusin del hielo (80kcal/kg), la temperatura de 0Cpara el cambio de fase, con un volumen mucho menor que el almacenamientocon agua.

Los tres sistemas mas utilizados de acumulacin de hielo con ligeras variantesson los siguientes:

Recoleccin de hielo De serpentn Cpsulas de hielo

El sistema recolector de hielo consiste de una planta generadora de hielomontada sobre un tanque de almacenamiento construido en sitio que contieneuna mezcla de hielo y agua enfriada, como se indica en la figura, compuestopor un recinto de generacin que en su interior existen tubos, placas oserpentines recorrido por el refrigerante, a una temperatura de evaporacin pordebajo de 0C. La superficie exterior de los tubos, placas o serpentines sirve desoporte al hielo, producto de la congelacin del agua proveniente de un tanquede almacenamiento.

Segn se observa en la figura 18, el agua enfriada del tanque dealmacenamiento es bombeada al servicio del sistema de aire acondicionadopara satisfacer las cargas requeridas y el agua que retorna desde el edificio,mas templada, ingresa al recipiente generador de hielo fluyendo sobre elevaporador. Despus de un perodo durante el cual el se produce el hielo en lasuperficie del evaporador, el ciclo de refrigeracin se inviertemomentneamente de manera que la superficie del evaporador se entibia y elhielo cae libremente dentro del tanque de almacenamiento, siendo esta etapala de recoleccin del hielo.

Fig. 18 Detalle esquemtico de sistema de recoleccin de hielo

El sistema de serpentn, se utiliza agua con glicol, que circula por un haz detubos, uniformemente repartidos, montados en espiral que enfra y congela elagua contenida en un depsito de acumulacin a presin atmosfrica normal,segn se observa en la figura 19. La temperatura de la solucin de agua-glicolque circula en el interior de los tubos est alternativamente por debajo o porencima del punto de congelacin de 0C del agua del depsito.

Durante la noche, se hace circular el agua-glicol a temperaturas menores de0C por lo que el agua del tanque que rodea los tubos se congela,almacenando as energa frigorfica durante la noche.

Fig. 19 Detalle esquemtico de sistema de almacenamiento de hielo con serpentn

Durante el da al no funcionar la mquina frigorfica la temperatura del agua conglicol est por encima del punto de congelacin, por lo que el hielo formado a lanoche en el tanque que rodea los tubos se funde, liberando la energafrigorfica almacenada.

El sistema de cpsulas de hielo consiste en un tanque de almacenamiento estacompuesto por una solucin de agua con glicol etlico en la que se encuentraninmersas una cierta cantidad de cpsulas esfricas selladas de plstico flexiblede 103 mm de dimetro, que contienen en su interior agua con un punto decongelacin 0C, que constituyen la acumulacin de hielo, como se detalla enla figura 20. El agua con glicol circula alternativamente a una temperatura pordebajo o por encima del punto de congelacin.

Fig. 20 Esquema simplificado de funcionamiento de acumulacin de cpsulas de hielo

De esa manera, mientras el agua con glicol est por debajo del punto decongelacin, el agente de almacenamiento contenido en l las cpsulas secongela, almacenndose energa trmica frigorfica. Cuando est por encima,el hielo dentro de los cuerpos de relleno se funde, liberando energa a lasolucin que alimenta el circuito de utilizacin.

Las paredes de las cpsulas deben ser flexibles para acomodarse al cambio devolumen que ocurre durante el congelamiento. Por ello, en estado lquidotienen forma de esfera, con hoyuelos preformados curvados hacia adentro, que

absorben la expansin de la solucin acuosa durante la congelacin,cambiando su curvatura hacia afuera y convirtindose en esferas

Una desventaja de estos sistemas es la prdida de eficiencia de la unidad deenfriamiento enfriadora. ya que tiene que evaporar a temperaturas por debajode los 0C por lo que el rendimiento frigorfico disminuye en relacin con lageneracin de agua normal a 7C.

CORRECTA REGULACIN DEL SISTEMA

Es fundamental disponer de los medios de ajustes necesarios para adaptar losparmetros de funcionamiento de los equipos de modo de lograr una mejora encuanto a sus condiciones de funcionamiento. Adicionalmente a su optimizacin,en grandes edificios es conveniente adoptar un sistema de gestin integral queposibilite la operacin y regulacin, con un programa orientado hacia lareduccin del consumo energtico, as como una disminucin de los costos demantenimiento, siendo dichos datos tiles para definir las reales necesidadesdel servicio, correcciones y posibles mejoras al funcionamiento.

De esa manera, puede disponerse de un control directo de cada uno de losparmetros de la instalacin, proporcionando en tiempo real la informacin delo que est pasando en el edificio, para tomar decisiones de ahorro energtico,tales como seleccin de las condiciones interiores de confort, fijacin oadecuacin de los set-point, pudindose agregar el control de la iluminacin,bombas de agua, etc., porque si se desean obtener significativos ahorrosenergticos es necesario medir y controlar continuamente el funcionamiento detodas las instalaciones.

Publicado Revista Electrogremio N 162 - Junio 2003

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR

Ing. Nestor Quadri

Por qu la energa solar no es todava ampliamente utilizada ni an en las aplicacionesen las que ya se ha probado fehacientemente su eficacia?Cuales son las circunstancias que rodean su incipiente desarrollo y los obstculos quese encuentran para lograr una poltica energtica sustentable?

La disponibilidad de energa en el mundo se ha convertido en un problemacrucial, dado que la gran mayora de los pases, tanto los en vas de desarrollocomo los industrializados, se ven afectados por las crecientes demandasrequeridas para satisfacer sus metas econmicas y sociales.

A partir de los ltimos aos, se ha reconocido como inevitable que la oferta deenerga debe sufrir una transicin desde su actual dependencia de loshidrocarburos hacia aplicaciones energticas ms diversificadas, lo queimplica el aprovechamiento de la variedad de fuentes de energa renovablesque se disponen.

El sol es una fuente inagotable de recursos para el hombre, es limpia,abundante y est disponible en la mayor parte de la superficie terrestre y puedepor lo tanto, liberarlo de los problemas ambientales generados por loscombustibles convencionales como el petrleo y de otras alternativasenergticas como las centrales nucleares. Sin embargo, a pesar de losavances tecnolgicos de las ltimas dcadas el aprovechamiento de estaopcin ha sido insignificante, comparndolo con el consumo global de energaen el mundo.

Los problemas tcnicos que se plantean para el aprovechamiento de la energasolar son los siguientes:

Gran dispersin de la energa solar sobre la superficie de la tierra Carcter incontrolable y variable en el tiempo de la intensidad de radiacin solar.

La radiacin solar que recibe una superficie horizontal es del orden de 1 kW/m2al medioda, variando segn la latitud del lugar, nubosidad, humedad y otrosfactores, pero su principal problema es su intermitencia y en invierno que esgeneralmente cuando ms se necesita, es menor, de modo que en la mayorade los casos la disponibilidad no coincide con la demanda. Por ello, se requiereel almacenamiento para un tiempo de autonoma determinado y adems, encaso de superarse el mismo, contar como seguridad con el apoyo de sistemasde respaldo o fuentes suplementarias de energa.

Por ello, para el aprovechamiento destinado a la aplicacin de la energa solares necesario realizar los siguientes procesos:

Captacin y concentracin de la energa solar Transformacin para su utilizacin

Almacenamiento para satisfacer uniformemente la demanda con un tiempo de autonomaestablecido.

Fuente energtica suplementaria disponible si se supera el tiempo de autonoma Transporte de la energa almacenada, para su utilizacin en los puntos de consumo

De esa manera, para lograr una solucin tcnica que optimice las inversiones arealizar, en cada caso particular es necesario analizar detenidamente cual es eltiempo de autonoma adecuado para la instalacin, teniendo en cuenta quecuanto mayor es la capacidad de almacenamiento, menor es el tamao de lasfuentes energticas de apoyo o eventualmente pueden no ser necesarias.

Una de las utilizaciones ms desarrollada es en forma de energa trmica parael calentamiento del agua de consumo domiciliario, mediante colectores solaresplanos que convierten en calor entre un 40% y un 60% de la energa recibida,compuesto por tubos por los que circula el agua. Para conseguir captar el calorsolar, todo el conjunto se instala en una caja, con un vidrio transparente en lacara superior para aprovechar el efecto invernadero y un aislamiento en lainferior, para disminuir las prdidas de energa hacia el exterior, de acuerdo a loindicado en la figura 1.

Fig. 1 Detalle de colector solar plano

El agua caliente se almacena en un tanque para su utilizacin domiciliaria,fabricndose diseos de termotanques solares del tipo compactoautocontenido, directamente para montar en forma sencilla en el techoinclinado de un edificio como se consigna en la figura 2, el que cuenta comofuente adicional de apoyo una resistencia elctrica.

Fig.2 Esquema de funcionamiento de un termotanque solar compacto autocontenido

Otra de las aplicaciones tcnicamente ms desarrollada y simple es laconversin fotovoltaica de energa solar producida en celdas fotoelctricas desilicio cristalino, que son capaces de transformar la luz en energa elctrica,aprovechando entre un 9% y un 14% de la energa del Sol.

Si se expone una lamina del cristal de silicio a la accin solar, absorbe fotonesde luz con suficiente energa como para provocar un salto de electrones de suposicin original hacia la superficie de incidencia y al desplazarse, generan unazona superior con carga negativa (n), provocando a su vez, en la zona inferiorque ocupaban la aparicin de huecos con cargas positivas (p), tal cual sedetalla en el esquema de la figura 3.

Fig 3. Detalle esquemtico de una celda fotovoltaica

Si se unen dichas zonas por medio de un conductor utilizando contactosmetlicos adheridos a cada una de las caras de la lmina, el desequilibrio

elctrico origina una pequea fuerza electromotriz o diferencia de potencial,que hacen circular los electrones para igualar las cargas.

Luego las celdas se vinculan elctricamente conformando los panelesfotovoltaicos que son los elementos que se utilizan para captar la energa solar.como se observa en la figura 4, generando normalmente corriente continua de12 V.

Fig 4. Detalle de un panel fotovoltaico

Esa energa elctrica mediante un regulador es almacenada en una batera deacumulacin. calculada para un tiempo de autonoma determinado y distribuidaal sistema directamente en corriente continua o en corriente alterna a losartefactos electrodomsticos mediante la aplicacin de un inversor, como sedetalla en la figura 5.

Fig 5 Detalle de un sistema elctrico con captacin fotovoltaico

A pesar que la utilizacin de estos sistemas bsicos es sumamente sencillo yprctico, los mismos no son todava ampliamente utilizados ni an en lasaplicaciones mencionadas, en las que ya se ha probado fehacientemente su

eficiencia y por ello, cabe preguntarse por qu todava esa energa renovableno es empleada en mayor proporcin.

El caso de la utilizacin de la energa solar de nuestro pas es muy particular,dado que desde el punto de vista energtico se cuenta con una de lasreservas de gas natural ms grande del mundo, cuya produccin debeaprovecharse ntegramente, evitando prdidas por no disponibilidad deconsumo. Este hecho y la de ser la fuente energtica no renovable ms limpia,de simple de aplicacin y bajo costo, hace bastante difcil que los sistemassolares por calentamiento trmico o generacin elctrica puedan competiractualmente con sus similares de gas.

Por tal motivo, las aplicaciones ms importantes actualmente en el pas, soloconsisten en sistemas fotovoltaicos para generacin elctrica, en viviendas yescuelas, telefona, televisin rural y radiotelefona en comunidades rurales yaisladas y fundamentalmente el calentamiento domstico de agua concolectores planos, donde no se cuenta con redes de distribucin de gas natural.

En el mbito mundial, los problemas que se encuentran para lograr una polticaenergtica coherente son similares, dado que an no se ha notado en el mundoel efecto del agotamiento de las reservas y muchos pases desarrolladoscuentan con bastante recursos propios o disponibles a bajo costo y toda unaindustria y tecnologa montada y estructurada sobre la base de esas fuentesenergticas no renovables.

En la actualidad el precio de sistemas solares resulta todava elevado, dadoque an no existe una demanda que posibilite su fabricacin en gran escalapara que los mismos tiendan a bajar. Adems, en general cuando se comparala rentabilidad econmica de la energa solar frente a otras energasconvencionales, en la mayora de los casos no se efecta en forma integral,analizando tambin los costos sociales y los problemas de polucin o elcalentamiento global que se est produciendo en el mundo.

Desde ese punto de vista, se requeriran subsidios econmicos para el facilitarla investigacin y desarrollo industrial especialmente de los pases msavanzados que son los que ms consumen y mayor contaminacin producen almedio ambiente, pero la realidad demuestra actualmente que los recursosdestinados en el mbito mundial son limitados y puntuales.

Tampoco los emprendimientos macros que se han desarrollado paraaprovechar la energa solar destinando amplios espacios naturales paraconstruir grandes receptores destinados a concentrar la luz para generarelectricidad mediante procesos termodinmicos o fotovoltaicos y distribuirlamediante redes convencionales de la misma manera que las centrales trmicaso nucleares no han tenido an el xito esperado, porque la experiencia hademostrado que requieren enormes inversiones y un elevado costo demantenimiento y operacin.

Estudios efectuados, han determinado que para acelerar el proceso detransformacin de la tecnologa del consumo de energa es imperativo

desarrollar un paso intermedio que permita en forma gradual y permanente laintegracin de los sistemas solares con los convencionales basado en elequilibrio y complementacin de las fuentes energticas, tratando deaprovechar la energa disponible en el lugar de aplicacin, para reducir almnimo posible las instalaciones de almacenamiento y transporte.

Una forma sera por ejemplo, en el caso de reas rurales o suburbanas, laconveniencia de dar al usuario la oportunidad de autogenerar parte de laenerga elctrica que consume, posibilitando la instalacin de mdulosfotovoltaicos individuales conectados directamente a la red de distribucinelctrica, lo que no requiere bateras para almacenamiento, como se detalla enel esquema de la figura 6, la que sera descontada de la tarifa.

Fig.6 Sistema elctrico fotovoltaico conectado a red pblica

Otra manera es la complementacin de sistemas generadores a diesel o gascon la energa fotovoltaica o con la energa elica, que constituyen losdenominados sistemas hbridos. En el caso de energa trmica puedenvincularse los colectores solares con los sistemas convencionales de aguacaliente sanitaria o las instalaciones de calefaccin propias de los edificios.

Por otro lado, es indispensable perfeccionar los controles de calidad decolectores solares trmicos, mdulos fotovoltaicos y dems elementoscomponentes, para que, adems de garantizar un mayor rendimiento, se logreuna durabilidad de los sistemas de 30 aos con un mnimo mantenimiento,para posibilitar una adecuada recuperacin de las inversiones.

Por lo tanto, para activar el proceso de la expansin generalizada de la energasolar es indispensable por un lado, una amplia difusin para crear unaconciencia colectiva de la imprescindible necesidad de realizar cuanto antes unconsumo energtico ms racional y eficiente para el desarrollo de la vidahumana y por otro, fomentar a la investigacin y el desarrollo de nuevastecnologas de aplicacin de sistemas energticos integrados, mejorando lacalidad de los productos y reduciendo sus costos.

BibliografaNestor Quadri. Energa solar. Buenos Aires. Editorial AlsinaNestor Quadri. Energa fotovoltaica. Buenos Aires. Editorial Alsina

AYUDA DE GREMIO AIRE ACONDICIONADO

Nmina de ayuda de gremios y exclusiones Aprobadas por la CmaraArgentina de Calefaccin, Aire Acondicionado y Ventilacin para incluir en lossub-contratos de instalaciones termomecnicas. Aprobada el 11 de septiembrede 1980.

Trabajos y Prestaciones excluidas, pertenecientes a:

Albailera.

Apertura y cierre de canaletas y pases en losas, tabiques y vigas, para el paso de caerasy/o conductos.

Bases de hormign o mampostera para equipos acondicionadores, calderas, bombascirculadoras, torres de enfriamiento, mquinas enfriadoras de lquidos y ventiladores, deacuerdo a especificaciones.

Apertura de zanja para albailes y ejecucin de excavaciones. Amurado de grapas para fijacin y/o sostn de conductos, caeras, tanques

intermediarios, intercambiadores, radiadores, tableros, etc. Conducto horizontal y/o vertical de humo, para calderas y calefactores. Conductos de mampostera subterrneos y/o a la vista, con aislacin trmica. Nichos para ubicacin de radiadores, colectores para serpentinas y sus vlvulas de

regulacin. Paneles desmontables de cielorrasos para acceso a equipos fan-coils, vlvulas, registros,

etc. Cabinas de mampostera con aislacin trmica si corresponde, con luz interior y desage. Andamios y estructuras auxiliares para el montaje de caeras y conductos.

Sanitarios

Pozo de enfriamiento para desagote de calderas. Lnea de alimentacin de agua fra y su conexin hasta la vlvula a flotante para tanques

de expansin, humidificadores y batea de torres de enfriamiento. Provisin e instalacin de caeras de alimentacin de agua fra, de distribucin de agua

caliente, de by-pass, de purga, colectores y sus llaves para tanques intermediarios. Caeras para desage de condensado desde las bandejas recolectoras de los equipos

hasta las bocas correspondientes. (cloacales) Provisin de desages en Sala de Mquinas, para desagote de calderas, bombas,

mquinas enfriadoras, etc. (cloacales) Suministro de agua necesaria para la ejecucin de las pruebas hidrulicas de las

instalaciones.

Electricidad

Lnea de alimentacin de energa elctrica trifsica o monofsica con tierra mecnica yneutro al pie del tablero principal en Sala de Mquinas, y de los tableros secundarioscorrespondientes a la instalacin, con llave de corte y fusibles, de acuerdo a lareglamentacin de la autoridad pblica pertinente.

Caera elctrica para el circuito de enclavamiento y sealizacin entre los componenteselctricos de la instalacin.

Alimentacin e instalacin de toma corriente para equipos ubicados en cielorrasos, con lacaera y cableado de interconexin correspondientes.

Gas

Lnea de alimentacin de gas y su conexin hasta cada uno de los quemadorescorrespondientes a las calderas y calefactores y su trmite de habilitacin.

Provisin de gas a la presin y caudal que se determine con una tolerancia de -+ 10 %,cuando exista una planta reguladora propia.

Carpintera metlica

Tapas metlicas para nichos de radiadores, vlvulas de control, colectores y de acceso aregistros, reguladores, etc.

Pintura

Realizacin de los trabajos de pintura final de los elementos componentes de la instalacin,aislaciones y revestimientos.

Transporte vertical de equipos

Provisin por parte del contratista principal de los elementos y mano de obra necesarios,como ser gras, aparejos o elevadores, para el movimiento en obra de los equipos y/oelementos componentes de la instalacin y su izamiento hasta el lugar de emplazamientode los mismos incluso el seguro correspondiente.

Varios

Todo pago de derechos que afecten las instalaciones. Suministro de combustible y energa elctrica para la ejecucin de pruebas de

funcionamiento y regulacin. Provisin de espacio cerrado con llave y luz elctrica para acopio de materiales y vestuario

del personal. . Ser de exclusiva responsabilidad del comitente el cumplimiento de lasexigencias del Cdigo Municipal que corresponda respecto a requerimientos de ventilacin,remate de chimeneas, iluminacin, etc., en Sala de calderas, equipos, etc.; como astambin del reglamento de Gas del Estado y Obras Sanitarias de la Nacin.

Obtencin de certificado de uso conforme que pueden requerir las autoridades pblicas.

SEGURO OBLIGATORIO PARA CALDERAS(Ordenanza 33677- Municipalidad de Buenos Aires)

Artculo 1 - Los propietarios de las instalaciones destinadas a producir vapor oagua caliente ya sea con un fin industrial, de servicio o confort y de aceitecaliente para calefaccin de procesos, estarn obligados a contar con unseguro de responsabilidad civil que cubra los daos que podra producir el usode las mismas, incluido la de almacenaje, transporte y quemado decombustible, a la persona y bienes de terceros

Artculo 2 - El contrato se ajustar a las condiciones generales actualmentevigentes y a las que oportunamente dicte la Superintendencia de Seguros de laNacin, dependiente de la Secretara de Hacienda del Ministerio de Economade la Nacin, sobre el particular. El Seguro podr contratarse en cualquier enteasegurador oficial o privado, especficamente autorizado para tal fin por elcitado organismo.

Artculo 3 - El ente asegurador deber comunicar a esta Municipalidad lacontratacin del seguro, el que se encontrar convalidado por un profesionalque certifique que la instalacin rene las necesarias condiciones de seguridad.La falta de una nueva comunicacin implicar que la pliza subsiste o ha sidorenovada, conservando la instalacin las primitivas condiciones de seguridad.

Artculo. 4 - El profesional a que se refiere el artculo anterior deber seringeniero en una de las siguientes especialidades; Civil, Industrial, Mecnicay/o Elctrica, y encontrarse inscripto como Instalador de 1 categora en estaMunicipalidad. El profesional citado, podr ser reemplazado por un TcnicoMecnico o Electromecnico egresado de una Escuela Nacional de EducacinTcnica, una ex Escuela Industrial de la Nacin, o de las Escuelas Tcnicas"Raggio", en todos estos casos con un mnimo de (5) aos en el ejercicio de laprofesin y que se encuentre inscripto como Instalador de segunda categoraen este municipio, en los siguientes casos:

a) Instalaciones de vapor de alta presin (presin de trabajo mayor que 300 g/cm2), hasta 7kg/cm2 con una produccin hasta 800.000 kcal/hora.b) Instalaciones de vapor de baja presin ( presin de trabajo menor o igual que 300 g/cm2) yde agua caliente, con una produccin de hasta 800.000 kcal/hora.

En ningn caso un profesional podr tener a su cargo ms de cien (100)instalaciones. La tergiversacin de hechos por parte del profesional dar lugara sanciones similares a las previstas por el artculo 2.4.3.3. "Aplicacin desuspensin en el uso de las firmas", inciso d) del Cdigo de la Edificacin.

En el caso de tratarse de instalaciones que utilicen gas natural, tambin serexigible al profesional encontrarse inscripto como instalador ante la empresaGas del Estado, la que en caso de tergiversacin de hechos podr aplicar lassanciones previstas para este tipo de infracciones por sus reglamentaciones.(Conforme texto Art.1 de la Ordenanza N 36.128, B.M. 16.385).Adems las personas actuantes se hallan sujetos a las siguientes penalidades:

a) Apercibimiento:1. por no concurrir a una citacin en obra o a las oficinas de control;

b) Multa:1. por no concurrir por segunda vez en un ao a una citacin en obra o a las oficinas de control;2. por no encontrarse actualizada y/o convalidada la planilla indicada en el Art. 2 del Decretoreglamentario de la Ordenanza N 33.677, con posterioridad a la fecha en que correspondahacerlo y/o no haberse cumplido con el Art. 3 de ese Decreto;3. realizacin de ampliaciones o modificaciones sin conocimiento de los organismos de control,ello sin perjuicio de la sancin prevista al propietario en la legislacin vigente;4. deficiencia en la conservacin de la instalacin y que a juicio de los entes de control seaatribuible al mismo;

c) Suspensin de tres meses a un ao:1. por cinco multas por la misma causa en un perodo de un ao;

d) Suspensin de seis meses a dos aos:1) por encontrarse afectada seriamente la seguridad de una instalacin bajo su responsabilidadpor causas atribuibles a su persona.La suspensin en la firma significar al profesional la imposibilidad de convalidar nuevasplizas o la renovacin de las existentes, hasta que la pena sea cumplida. Sin embargo podrcontinuar con las instalaciones bajo su responsabilidad hasta la finalizacin del perodo en elcual tiene vigencia el contrato.

e) Exclusin definitiva de los registros:1) por ms de tres suspensiones por cualquier motivo en un perodo de un ao o cinco duranteun perodo de tres aos.

Artculo 5 - La certificacin por parte del profesional, implica que seencuentran cumplidas las disposiciones municipales y de la Empresa Gas delEstado, referidas a seguridad y que tengan relacin con la instalacin, segnnormas a establecer en forma conjunta.

Artculo 6- Las comprobaciones efectuadas debern ser volcadas en uninforme, cuyo original deber quedar en poder de la Compaa de Seguros y unduplicado en poder del asegurado. Esta Municipalidad podr requerirlo a laspartes en cualquier momento.

Artculo 7- Es obligacin de la aseguradora comunicar de inmediato a laMunicipalidad la interrupcin de la relacin contractual con el asegurado; la nocontinuacin del profesional; la alteracin de las condiciones de seguridad de lainstalacin y su ampliacin, modificacin o transformacin.La falta de cumplimiento a tal obligacin dar lugar a las sanciones queestablezca la Superintendencia de Seguros de la Nacin, organismo quetambin reglamentar la forma en que mantendr actualizado el registro decompaas aseguradoras.

Artculo 8'- El incumplimiento de cualquiera de las disposiciones de la presenteordenanza por parte de los propietarios, dar lugar a la clausura de lainstalacin, sin necesidad de intimacin previa.

Artculo 9- Las instalaciones trmicas e inflamables, siguen encontrndosesujetas a la habilitacin que fija el Cdigo de la Edificacin, estando facultadapara la realizacin de las inspecciones y controles que actualmente seencuentran previstos y los que en el futuro puedan determinarse.

Las instalaciones de gas se encuentran sujetas a las mismas habilitaciones ycontroles que hasta el presente.El profesional actuante se encuentra obligado a concurrir a las oficinasmunicipales o a la obra cuando as le fuese requerido y efectuar lasaclaraciones que sean del caso.

Artculo 10 - Quedan exceptuados del cumplimiento de la presenteOrdenanza:

a) Los generadores de vapor con un volumen total no superior a veinticinco (25) litros;b) Las calderas tipo domsticas para agua caliente y/o calefaccin de no ms de 50.000kcal/hora;c) Los calentadores de agua por acumulacin (termotanques), de una capacidad no mayor detrescientos (300) litros.

Asimismo los circuitos de las instalaciones trmicas de cualquier tipo detransporte del fluido a partir de la primera vlvula de cierre ubicada conposterioridad al generador o del colector en el caso de contarse con dichoelemento y las mquinas y artefactos que reciben y utilizan el mismo.(Conforme texto Art. 1 de la Ordenanza N 36128, B.M 16385)

VERIFICACIONES PERIDICAS Y TAREAS DE MANTENIMIENTO-------------------------------------------------------------------------------------------Tareas a realizar Frecuencia--------------------------------------------------------------------------------------------Comprobacin del funcionamiento del dispositivo de corte decombustible por bajo nivel de agua.................................................SVerificacin del funcionamiento del sistema de carga de aguaa la caldera.......................................................................................SVerificacin del funcionamiento del dispositivo decorte de combustible por falta de llama y/o ignicin....................... SVerificacin del funcionamiento de las vlvulas de seguridad.........SInspeccin del estado de las superficies de calentamiento.............MVerificacin del funcionamiento de los dispositivos lmitesy operativos..................................................................................... MInspeccin del sistema de suministro de combustible y quemador. MControl de las caractersticas del agua en los generadoresde vapor de baja presin (en los de alta presin la operacindebe ser mensual).............................................................................TInspeccin de las entradas de aire a la sala de calderas..................TLimpieza de sedimentos....................................................................APruebas de la eficiencia de la combustin y tiraje.............................ALimpieza interna y externa de las superficies de calentamiento....... AMantenimiento del equipo de combustin..........................................AMantenimiento de los dispositivos de corte de combustiblepor bajo nivel de agua........................................................................AMantenimiento de los dispositivos de corte de combustiblepor falta de llama y/o ignicin.............................................................AMantenimiento de los dispositivos lmites y operativos......................ARecalibracin de las vlvulas de seguridad.................... ...................AMantenimiento completo del sistema de control.................................AVerificacin de espesores...................................................................DPrueba hidrulica a la presin fijada por el artculoEnsayos de Resistencia del Cdigo de la Edificacinpara las Calderas de Alta Presin* y a 1,5 veces la presin detrabajo para las de baja presin y de agua caliente............................D-----------------------------------------------------------------------------------------------------Referencias:*Ensayos de resistencias (vapor alta presin).S = semanal, M -- mensual; T = trimestral; A = anual y D = cada 10 aos.

DE SEGURO DE CALDERAS (Decreto Reglamentario)(ORDENANZA N 33.677 - B.M. 15.575)

Artculo 1 - La certificacin por parte de un profesional, que permita a lasentidades aseguradoras la concertacin del seguro obligatorio deresponsabilidad civil sobre las instalaciones de vapor y/o agua caliente y las decombustible que las alimentan implir que se hallen cumplidas como mnimolas siguientes condiciones:

a) Las instalaciones se encuentran habilitadas por la Municipalidad de laCiudad de Buenos Aires o con gestin de habilitacin ante la misma. En esteltimo caso el profesional certificante deber ser el instalador.Cuando se use gas natural como combustible, deber contarse con lahabilitacin de Gas del Estado S.E ( Decreto 766).

b) No se han alterado las condiciones que fijan las reglamentacionesmunicipales para el local de caldera, (Art.4.8.4.2).Los locales para calderas,incineradores y otros dispositivos trmicos del Cdigo de Edificacin).

c) Se produce una entrada permanente y adecuada de aire por lasventilaciones del local, las que no debern encontrarse obstruidas.

d) El generador, durante una revisacin interna (del lado del agua o de vapor) yexterna (del lado del fuego), no deber acusar la formacin de incrustaciones,corrosiones, depsitos de sedimentos, picaduras. grietas, reduccin deespesores o debilitamiento del material.La no existencia de prdidas de fluido en el generador, tuberas, accesorios ydispositivos cerrados que lo utilizan.

f) Existencia, correcto funcionamiento y estado de conservacin de losinstrumentos y dispositivos: manmetros, termmetros, nivel de agua, vlvulasde seguridad, sistema de alimentacin, vlvulas de vapor o agua caliente,grifos de extraccin de fondo y verificacin de agua, etc.Correcto estado de conservacin y funcionamiento del dispositivo de corte delsuministro de combustible por bajo nivel de agua, que deber encontrarseinstalado en los generadores de vapor cualquiera sea la presin de trabajo.Correcto estado de conservacin y funcionamiento de otros dispositivos decontrol lmites y operativos con que cuenta la instalacin, como ser por altapresin del vapor, alta temperatura del agua, deficiente tiro, alta temperatura delos gases en la chimenea, alta o baja presin o temperatura del combustible,falta de energa elctrica, etc. (Decreto 766).

h) Correcto estado de conservacin y funcionamiento del equipo de combustiny de los dispositivos de corte por falta de llama y de ignicin.

i) Correcto estado de conservacin y ausencia de prdidas en las instalacionesde almacenamiento y suministro del combustible al quemador del generador.

j) Correcta eficiencia de la combustin y tiraje. Limpieza y falta de obstruccinen la conduccin del humo.

k) Correcto estado de conservacin y funcionamiento de la instalacin querecibe vapor. y/o agua caliente, incluido tanque de expansin, bombas decirculacin y circuito de retorno.

l) Ausencia de ruidos anormales durante el funcionamiento.

m) Utilizacin de agua adecuada y/o convenientemente tratada paraalimentacin de la caldera.

n) Cumplimiento de las disposiciones municipales y de Gas del Estado S.E.referidas a seguridad y que tengan relacin con la instalacin.

Artculo 2 - En la sala de calderas deber fijarse en lugar bien visible unaplanilla donde se asentarn las operaciones de verificacin y mantenimientorealizadas. Estas operaciones y su frecuencia sern, como mnimas, lasindicadas en planilla adjunta y que a todos sus efectos forma parte del presentedecreto, sin perjuicio de todas aquellas otras que podra indicar el fabricante dela caldera o que por las caractersticas de la instalacin sea necesaria efectuara fin de garantizar el seguro funcionamiento de la misma. Ser obligacin delprofesional actuante convalidar trimestralmente dicha planilla, implicando elloque las comprobaciones previstas han dado resultados satisfactorios y se hanrealizado los mantenimientos correspondientes en ese lapso.

Artculo 3 - Ser obligacin del profesional actuante impartir al personal queoperar las instalaciones las instrucciones necesarias y suficientes para elcorrecto manipuleo y servicio de las mismas. Las instrucciones impartidasdebern indicarse y fijarse juntamente con la planilla indicada en el artculo 2.

Artculo 4- La designacin del profesional mencionado en el artculo 3 de laOrdenanza N 33.677 ser efectuada por el propietario de las instalaciones.Ser obligacin del profesional designado comunicar de inmediato a laaseguradora la alteracin de las condiciones de seguridad de la instalacinbajo su responsabilidad, su ampliacin, modificacin o transformacin, comotambin la interrupcin de la relacin contractual con el asegurado. La falta decomunicacin de esta ltima circunstancia implicar mantener laresponsabilidad sobre las instalaciones para los fines que fue designado.

Artculo 5- La comunicacin por parte de las compaas de la contratacin delseguro de calderas se har ante la Mesa de Entradas de la Direccin deFiscalizacin de Obras de Terceros, en formularios por duplicado queexpresamente se habilitarn para tal. La comunicacin deber acompaarsecon copias de la pliza y de la certificacin prevista en el artculo l, debiendoen esta ltima, figurar constancia de la designacin y la informacin de lasreparticiones competentes, que el firmante se halla en condiciones de ejercersu profesin. Los modelos de la comunicacin y certificacin indicados seincluyen como Anexos 1 y 2, respectivamente, del presente artculo y formanparte, a todos sus efectos, de este decreto.

Artculo 6 - La obligacin de comunicacin de la aseguradora a laMunicipalidad, prevista en el artculo 7 de la Ordenanza N 33.677, debeefectuarse en un plazo mximo de diez (10) das hbiles de producirse, en elcaso de interrupcin de la relacin contractual. La comunicacin de laalteracin de las condiciones de seguridad de la instalacin, su ampliacin,modificacin o transformacin, debe efectuarse en el mismo plazo mximo.acordado a partir de recibirse la comunicacin del profesional prevista en elartculo 4, o eventualmente del propietario.Cuando la alteracin de la seguridad implique un peligro inminente lacomunicacin deber ser inmediata.

Artculo 7 - Las aseguradoras debern comunicar a la Municipalidad de laCiudad de Buenos Aires la contratacin del seguro en un plazo no mayor detreinta (30) das hbiles, contados a partir del momento de producirse la misma.

SISTEMAS DE CALENTAMIENTO SOLAR EN EDIFICIOS

Ing. Nestor Quadri

El aprovechamiento trmico de la energa solar est generando una nueva actitud de losprofesionales hacia el diseo de vivienda solares, mejorando el hbitat de las personas.

Una de las aplicaciones primordiales del aprovechamiento trmico de laenerga solar es para proveer agua caliente sanitaria y climatizar los edificios

El sol es una fuente de recursos limpia e ilimitada y su uso reduce elagotamiento de los recursos y los problemas ambientales generados por loscombustibles convencionales como el petrleo y sus derivados

La radiacin solar que recibe una superficie horizontal es del orden de 1 kW/m2al medioda La captacin diaria varia segn las horas de asoleamiento, latituddel lugar, mes, latitud, inclinacin de la superficie, adems de otros factores

Su principal problema es su intermitencia y en invierno que es generalmentecuando ms se necesita, es menor, de modo que en la mayora de los casos ladisponibilidad no coincide con la demanda, como se muestra en la figura 1.

Figura 1 curva de captacin-demanda en un da tpico de invierno

Por ello, es necesario el almacenamiento de calor para un tiempo deautonoma determinado y adems, como hay das sin captacin solar debecontarse como seguridad con un sistema de respaldo o fuente suplementariade energa

Aplicaciones

La forma ms comn de aprovechar la energa solar trmica en viviendas es:

En forma pasiva en el diseo propio del edificio En forma activa mediante el uso de colectores solares

En todos los casos debe complementarse la captacin pasiva con la activa

SISTEMA DE APROVECHAMIENTO SOLAR PASIVO

Se pueden definir a los sistemas de captacin, como la utilizacin de la energasolar para calefaccin, ventilacin o acondicionamiento de los edificios deviviendas, sin el consumo de los energticos convencionales o electricidad y noaplicando elementos para el movimiento mecnico de fluidos

El concepto se basa en el empleo de un adecuado diseo de la edificacin, ascomo una apropiada utilizacin de materiales y sistemas constructivos y losconceptos se los suele denominar "arquitectura solar o bioclimtica"

Uno de los aspectos importantes para el diseo lo constituye la trayectoria delsol que recorre un arco en el cielo que nace al E y se pone al O, pero solo el 21de septiembre y el 21 de marzo. As, en invierno sale al NE y se pone al NO yen verano sale al SE y se pone al SO y por otra parte, en verano al medioda elsol est ms alto que en invierno, como se observa en la figura 2

Figura 2. Recorrido del sol segn la estacin del ao

As, en invierno en la ventana orientada al NE el sol que est bajo por lamaana barre el local produciendo el calentamiento y desinfeccin y durante elverano, el sol est alto dejando entrar el mnimo calor necesario, como seobserva en la figura 3.

Figura 3: Efecto del sol en verano e invierno sobre una ventana

Los aleros permiten el ingreso de los rayos de sol en invierno y atenan suentrada en verano

Un ejemplo elemental de aplicacin lo constituye la utilizacin de marquesinaso voladizos proyectados de modo de modo de barrer el local con el calor solaraprovechando que en invierno el sol est bajo y reducir su influencia en veranocuando el sol est alto, como puede verse en la figura 4.

Fig 4. Aprovechamiento de la altura del sol

Un rbol de hojas caducas mejora el comportamiento, protegiendo del sol enverano y dejndolo pasar cuando el efecto es favorable en invierno.

Efecto invernadero

Los vidrios de las ventanas actan como una trampa de calor dado que dejanpasar la luz solar, pero la radiacin calrica no visible que emiten a su vez losobjetos, no pasan. A esto de denomina efecto invernadero, tal cual se detallaen el esquema de la figura 5.

Figura 5. Detalle del efecto invernadero

El efecto invernadero es beneficioso en invierno, pero no as en verano, dondeel concepto es proteger las ventanas de la accin del sol y aprovechar almximo la ventilacin natural durante la noche

Una aplicacin interesante de almacenamiento de calor aprovechando el efectoinvernadero en los edificios, la constituye el proyecto de superficiesacumuladoras como el Muro Trombe que se muestra en la figura 6, donde laenerga solar en forma de luz atraviesa en invierno un vidrio orientado al norte ycalienta un muro.

Figura 6. Muro Trombe

El muro al calentarse a su vez, emite energa calrica radiante no visible peroel vidrio no deja escapar esa energa porque es impermeable a esasradiaciones

Por otra parte, el aire se calienta entre el espacio entre el vidrio y el muro,circulando por conveccin natural dado que al estar ms caliente se hace msliviano, circulando desde la parte inferior hacia la superior del local. A su vez elcalor almacenado en el muro se transmite a la parte interior por conduccincalentando la pared y emitiendo ese calor almacenado al interior del local.

En verano por el contrario, por medio de un voladizo ubicado sobre el vidrio, setrata que sol que est alto incida en mucho menor proporcin. Es muyapropiado a este efecto la utilizacin de un rbol de hojas caducas que dejapasar el calor solar en invierno y no en verano.

Adems, se complementa el efecto de conveccin natural accionando unapersiana a la salida de modo que en verano el aire caliente fluya directamentehacia el exterior, provocando una adecuada ventilacin natural.

La acumulacin lograda alcanza a un da y si se quiere aumentar la capacidadpuede utilizase sistemas de captacin independientes como un lecho de piedrao recipientes con agua.

Por otra parte, el aislamiento trmico de los edificios es un elementofundamental en un proyecto solar, porque permite mantener el caloralmacenado reduciendo las necesidades de calor de los edificios y en veranodebe complementarse con un sistema de ventilacin natural para eliminar elcalor excesivo.

SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO SOLAR ACTIVOS

Son aquellos que utilizan dispositivos especiales para la captacin, transporte yalmacenamiento del calor solar y una de las aplicaciones trmicas msimportantes de la energa solar son los colectores para la produccin de:

Agua caliente domiciliaria Calefaccin

La aplicacin puede ser en instalaciones domsticas de viviendas o ensistemas centralizados de gran envergadura como clubes deportivos, escuelas,hospitales, fbricas, etc.

PRODUCCIN DE AGUA CALIENTE SOLAR

La instalacin se compone de tres elementos bsicos como se observa en lafigura 7:

Colector solar Tanque de almacenamiento de agua caliente aislado Caeras de vinculacin

Figura 7: Principio de funcionamiento de agua caliente solar

La circulacin del agua puede ser por el principio de termosifn oeventualmente con una bomba circuladora.

El colector ms comn es el plano que consiste en un gabinete de chapa conuna tapa de vidrio o plstico que aprovecha el efecto invernadero para calentaruna chapa o lmina con aislamiento, pintada de negro opaco que contiene

tubos construidos en hierro galvanizado o mejor, cobre, bronce, latn, aluminio,etc. por donde circula el agua, como se detalla en el esquema de la figura 8.

Figura 8. Detalle esquemtico de un colector plano

Para aumentar la eficiencia en instalaciones especiales se emplean colectoresconstituidos por tubos de vidrio al vaco en lugar de aire conformados enpaneles o concentradores lineales o puntuales.

Los colectores deben estar orientados para la mejor captacin en invierno, alnorte con una tolerancia de 20 e inclinados con un ngulo igual a la latitud ms10 como se indica en el detalle de la figura 9.

Figura 9. Orientacin e inclinacin de los colectores solares

En Buenos Aires con 35 de latitud sur la inclinacin es = 35+10=45

El agua de consumo en el tanque puede calentarse en forma directa, peroocurre que puede congelarse durante la noche, especialmente en climas muyfros, por lo cual en general se emplea un calentamiento indirecto mediante unserpentn como se detalla en la figura 10.

Figura 10 Esquema de sistema de calentamiento indirecto

De esa manera, los circuitos de agua caliente domiciliaria y la del colector solarson independientes y a la misma se le agrega una solucin que evita elcongelamiento, corrosin o dureza. Otra alternativa es el vaciado del agua delcolector durante la noche, manual o automticamente

En la actualidad para facilitar el montaje de la instalacin se proveen colectoresplanos formando un equipo integral como se muestra en al figura 11.

Figura 11 Detalle de calentador solar integral

Vienen provistos de una resistencia elctrica en caso de apoyo para usoeventual en caso de varios das sin sol.

SISTEMAS DE CALEFACCIN SOLAR

Los sistemas de calefaccin solar se basan en los mismos principios de loscolectores de agua caliente y las experiencias en la mayora de los casosdemuestran se complementan ambas instalaciones

Los sistemas con colectores de agua caliente solar pueden aplicarse a distintossistemas de calefaccin, pudindose mencionar pisos radiantes, radiadores,aire caliente, fan-coil. etc. En la figura 12 se observa un esquema bsico decalefaccin solar por piso radiante

Figura 12. sistema de calefaccin solar por piso radiante

Es necesario contar con un tanque de agua de almacenamiento para tenercierta autonoma de funcionamiento para los das donde no se cuenta conenerga solar. Por otra parte, siempre es conveniente disponer con una formade energa alternativa disponible de apoyo como seguridad.

El sistema de piso radiante es ideal para complementarse con la energa solarporque requiere calentamiento de agua de solo 40C promedio para funcionaradecuadamente. Se observa en la figura que un termostato acta sobre elcircuito de circulacin de agua por los captadores solares y otro opera de sobreel circuito de agua del interior de la vivienda

Aplicacin mltiple

Se puede emplear para uso coordinado de agua caliente domiciliaria,calefaccin por radiadores y calentamiento de agua de piletas como semuestra en la figura 13

Figura 13. Aplicaciones mltiples de calentamiento solar

EVOLUCION DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Ing. Nestor Quadri

De haber sido ciertas algunas planificaciones hechas hace aos, la energa solarfotovoltaica ya sera de dominio comn. Sin embargo, si bien su avance ha sidoimportante, todava no es una tecnologa de uso masivo. En este artculo se efecta unadescripcin de la evolucin y perspectivas futuras, as como un detalle de las principalesaplicaciones actuales.

El Sol se comporta como un cuerpo negro a temperaturas deaproximadamente 6000 K, pero solamente un 0,2% de la potencia de laenerga solar emitida que llega a nuestro planeta se consume en crear vientosy olas y un 0,05% para el proceso de fotosntesis, que es el origen de lasreservas de combustibles fsiles slidos, maderas, etc. Sin embargo, esapequea fraccin de energa solar que recibe la Tierra es 100.000 vecessuperior a la que consume la humanidad y la potencia de la radiacin solar enun da de cielo claro, a medio da en la zona entre los trpicos, puede alcanzarlos 1.000 W/m2 que es una valor energtico interesante para aprovechar.

El efecto fotovoltaico es una de las maneras de aprovechar esa energa solar,consistiendo lisa y llanamente en su transformacin directa en energa elctricamediante la liberacin de electrones de un material semiconductor,normalmente el silicio, por efecto de los fotones de la radiacin solar incidentesobre el mismo. La tecnologa consiste en que parte de los electronesliberados salgan al exterior del material semiconductor para utilizarlo comocorriente elctrica til.

Este proceso se produce en un elemento que se denomina clula fotovoltaica,que consiste generalmente en un diodo especialmente fabricado para dichaaplicacin, a la que se le adosan mallas colectoras metlicas. La unin declulas fotovoltaicas y su consiguiente encapsulado y enmarcado da comoresultado los paneles o mdulos fotovoltaicos de utilizacin domstica eindustrial, como generadores elctricos de corriente continua.

Las expectativas de aplicacin de la energa fotovoltaica tuvieron un enrgicoimpulso en la dcada del 70, debido a que en ese momento se propendipolticamente a conseguir en forma perentoria que las energas renovables seconvirtieran en importantes fuentes energticas. Una prueba de estasexpectativas era que a todas las fuentes de energa renovable en esemomento se las comienza a denominar de forma genrica energasalternativas.

En esos momentos, haba una tendencia alcista del costo del petrleo ascomo de la construccin, mantenimiento y administracin de los residuos enlas centrales nucleares, adems de una creciente preocupacin sobre lacontaminacin del medio ambiente y los planificadores no dudaron en preverun rpido y significativa aporte de la energa solar fotovoltaica, entre otrasenergas renovables, a satisfacer las necesidades energticas del mundo.

Ya en ese entonces los mdulos solares fotovoltaicos se empleaban en latecnologa espacial y en algunas aplicaciones muy especficas, principalmentede telecomunicacin, en lugares remotos donde la llegada de lneas elctricasera inviable o demasiado costosa.

La experiencia ha demostrado, sin embargo, que esta optimista previsinoriginal no se ha contrastado con la realidad. En efecto, en el transcurso de losaos, el precio del petrleo, si se prescinde del efecto de la inflacin, es menorque antes de la crisis de 1973. Las reservas de petrleo conocidas han pasadode 600.000 millones de barriles a mas de 1.000.000 millones en la actualidad ysi en 1975 se prevean reservas hasta el ao 2000, ahora se conocen reservashasta el ao 2035 y las nuevas tecnologas de prospeccin hacen pensar quese tienda a aumentar ese plazo.

Por otra parte, si bien la ecologa sigue siendo un factor importante quepreocupa en forma creciente a los responsables energticos y cada vez tienems injerencia en las decisiones estratgicas, no es un tema tan determinantecomo se esperaba hace aos. Pareciera que todava no se consideraadecuado pagar un costo extra por una generacin energtica ms limpia.

Por stas y otras razones, el grado de implementacin previsto de las energasrenovables y en especial la energa solar fotovoltaica no ha sido tan optimistacomo inicialmente se haba previsto y ello origin que hubiera un reajustesignificativo en las inversiones y estrategias en el sector.

De todas maneras, el empuje de aquellos aos trajo consigo un progresoconstante de la industria fotovoltaica y nuevas razones se han aadido amantener vigentes las expectativas iniciales. En 1982 se fabricaban 7,7 MW deelementos solares fotovoltaicos y en 1995, 56 MW. Desde esa fecha ha habidoun incremento permanente y constante en la produccin.

Por otro lado, el costo de un wat de mdulo fotovoltaico en 1982 era superior alos $10 y actualmente se ha reducido a la mitad y sigue en proceso dereduccin. Adems, la produccin ha pasado de limitadas series de mdulosespecializados a producciones en cadena de mdulos estandart.

De esa forma, lenta pero segura, la energa solar fotovoltaica va tendiendo aconstituir una solucin ideal para una serie de aplicaciones cada vez msextendidas, en las que el desembolso inicial correspondiente est plenamentejustificado y que los usuarios paulatinamente van valorando.

Sin embargo, el progreso de la energa solar fotovoltaica y su permanentedesarrollo no es fcil, ya que requiere una labor continuada de trabajo einvestigacin permanente de empresas, universidades e instituciones y losavances tcnicos no se consiguen con descubrimientos revolucionarios, sinopor una serie de iniciativas valiosas pero constantes, tendientes a reducircostos y aumentar los rendimientos energticos de los mdulos solares parahacer atractiva su aplicacin.

En la produccin actual se consigue, por mtodos convencionales, unrendimiento del 12-13 % de la energa solar incidente sobre la superficie de unmdulo que se convierte a electricidad y con el fin de mantener la trayectoriade continuo desarrollo tecnolgico en clulas solares de silicio cristalino, sehan llevado a cabo una serie de programas de investigacin avanzada.

Actualmente se consiguen rendimientos a escala industrial del 16-17 %, lo quesupone que el aprovechamiento de la energa solar para la produccin directade energa elctrica mejora al menos en un 20% los rendimientos de lastcnicas convencionales. Adems, en el proceso de fabricacin se hanincorporado, entre otras tecnologas, un nuevo tratamiento de la superficiefrontal de la clula, tendiente a lograr un mayor rendimiento.

Por ello, la tendencia est conduciendo hacia una generacin elctrica que vaempleando un porcentaje cada vez ms significativo de energa fotovoltaica. Elalcance de este objetivo depende de muchos factores y uno de ellos es lacapacidad de la industria fotovoltaica de mantener el ritmo constante deprogreso, como los conseguidos hasta ahora.

Nadie duda en la actualidad que la energa fotovoltaica constituye la posibilidadde contar con energa elctrica en cualquier lugar aislado y que es un sistemagenerador modular, de fcil extensin y con una larga vida til y que empleauna tecnologa respetuosa del medio ambiente, de gran fiabilidad y mnimomantenimiento. Se pueden mencionar las siguientes aplicaciones cuyautilizacin ya es indiscutida.

Plantas de electrificacinPara usinas solares autnomas o conectadas a la red. Son utilizadas para laelectrificacin de pueblos aislados o en apoyo a la red.

Electrificacin y usos en zonas ruralesPara la alimentacin elctrica en lugares aislados, donde la implantacin deredes de electrificacin constituye una alta inversin econmica.

Sealizaciones y alumbrados generalesBalizajes para la marina y aeronutica, rutas, plazas, edificios, antenas, farosen las costas, refugios de montaas o zonas de acceso complicado, etc.

BombeoPara el suministro de agua para el consumo. Permiten, por su confiabilidad,eliminar los gastos de mantenimiento y de combustible de las motobombas.

Sealizaciones radioelctricasPara usos marinos o aeronuticos en sitios aislados

Telefona rural o servicios pblicos de larga distanciaPara la conexin de telfonos rurales a la red de telecomunicacin. Se empleanporque a menudo imposible contar con energa elctrica o con suministroconfiable debido al aislamiento de los lugares.

Estaciones satelitalesPara abastecer el consumo elctrico cuando las redes son inexistentes oinconfiables.

Repetidoras de microondasPara instalacin en lugares altos y de difcil acceso

Proteccin catdicaPara proteccin de instalaciones metlicas como canalizaciones de gas, deagua, etc. que son deterioradas por la corrosin.

BibliografaEnerga Fotovoltaica-Ing. Nestor Pedro Quadri

LIBRO ENERGA SOLAR

Constituye un elemento complementario muy importante dado que este libro brinda losconceptos de diseo para la gener