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domingo, 3 de diciembre de 2017

SITUACIÓN ENERGÉTICA DE PERÚ

En los últimos años y hasta la actualidad el auge económico en el Perú está sustentado energéticamente en base al gas natural que superó con creces a la hidroenergia para la producción de electricidad. En base a ello, el Perú mediante esta fuente convencional de energía cubrió su demanda energética adicional debido al desarrollo, crecimiento de la producción, y mejora de servicios debido a que, al ofertar su productividad con valores agregados  permiten posicionarlos y competir con otros países en mercados internacionales lo que conlleva a un requerimiento energético mayor, tanto en el sector industrial, residencial, y transporte.

La demanda energética ha crecido en los últimos años debido al crecimiento poblacional y a las mejoras en el desarrollo industrial, especialmente por la minería e implementación de infraestructuras para el desarrollo de las mismas.

El crecimiento económico basado en el crecimiento energético del país de seguir por las mismas sendas tomara un rumbo de crecimiento cada vez mayor pero, para ello, este crecimiento tiene que ser sostenible y responsable con el medio ambiente para asegurar a futuro sus recursos naturales y la mejora en la calidad de vida de su población. De esta manera también se contribuirá a mitigar los efectos producidos por el cambio climático a nivel local y mundial.

Si nos remontamos al año 2012 la producción del gas natural y sus líquidos alcanzo el 72.7% predominando sobre el total de energía registrado aquel año (893 264TJ), por encima del petróleo crudo con una participación del 15.8%, y la hidroenergia con el 10.8%  [2]. Han pasado 10 años desde que se dio inicio a las conexiones del gas natural en Lima Metropolitana que al 2010 contaba con 30 000 consumidores residenciales y al 2014 con 270 000 a nivel nacional [1].

El consumo actual del gas natural está estimado en 1900 MMPCD (millones de pies cúbicos al día) y de acuerdo a lo planificado el consumo para el año 2025 será de 2400 MMPCD [1]. En la tabla siguiente se puede apreciar la producción y reservas probadas de energía al año 2012. Cabe resaltar en este párrafo que la política de consumo primordialmente es autoabastecer al país con este recurso, y exportar el excedente en cantidad equivalentes al consumo interno.   


En el plano social, políticas de inclusión social del estado como FISE (Fondo de Inclusión Social Energética) destinado a expandir la frontera energética en los segmentos vulnerables de la población, contribuirá con brindar acceso al gas natural para 1,2 millones de personas de escasos recursos económicos a través de la entrega de vales de descuento para adquirir balones de GLP (una parte del costo actual del balón esta subvencionado por el estado, el beneficiario del vale paga S/.16.00 menos del precio actual del balón). Más información http://www.fise.gob.pe.

Por otro lado, el Perú, aun es dependiente de los combustibles fósiles y esto aún seguirá siendo determinante para el país. El 2012 el consumo final de energía respecto al año anterior fue  712 072TJ, debido al incremento en el consumo de los hidrocarburos líquidos y del gas natural en el sector transporte [2]. En la actualidad el consumo final de la energía es de 800 000 TJ y se estima que para el 2025 estará entre 1 321 000 TJ a 1 612 000 TJ [1].

Respecto al consumo de combustibles líquidos se estima que de los 209 MBD (Miles de Barriles Día), que se consumen en la actualidad, para el 2025 se consumirán entre 285 MBD o, entre 212-339 MBD. Asimismo, la participación de estos combustibles en la oferta de la energía aumento del 67% en el año 2000, al 80% al 2013. El Perú importa 85 MBD de petróleo y 48 MBD de diésel.

Durante el periodo 1990 – 2012, el consumo final de energía creció a una tasa anual de 0,6% y el Producto Bruto Interno en 6,3%. La elasticidad Consumo Final de Energía - PBI para el mismo período fue de 0,1 [2].

La cobertura eléctrica nacional promedio ha ido creciendo conforme se han ido ampliando las redes de comunicación que han permitido que los micro empresarios de las zonas rurales tengan las facilidades de transportar sus productos a las grandes ciudades o regiones del país. Así, la cobertura eléctrica nacional pasó de 57% en el año 1993, a 71% el año 2003, y ha llegado a tener el 91% de cobertura el año 2013. Se asegura en un corto y mediano plazo que se llegara al 100% de cobertura eléctrica según políticas de inclusión social energética.

Respecto a la inclusión social energética está planeado satisfacer a 2,2 millones de peruanos de zonas rurales a través de la extensión de las redes convencionales, o la de llevarles soluciones a través de energías no convencionales. Actualmente existen 5 millones de peruanos que todavía no tienen electricidad para los cuales los paneles solares son una alternativa de solución a sus carencias energéticas. Por esta razón, el estado peruano adjudico un proyecto de financiamiento, instalación, operación y mantenimiento de hasta 500 000 paneles solares (50MW) que elevaran la cobertura al 100% en un corto y mediano plazo. A la fecha se acaba de firmar el contrato con la empresa Ergon SAC ganadora de la licitación para que de paso a la apertura del proyecto.

En cuestión del uso de la biomasa en el Perú, este está orientado básicamente para satisfacer necesidades energéticas especialmente de los pobladores de zonas rurales dada su imposibilidad económica para acceder a productos a productos derivados del petróleo. En el año 2012, la producción total estimada de leña fue de 5 539 x 106 Kg.; esta cifra ha sido obtenida a partir del consumo de la leña y del carbón vegetal en los sectores residencial - comercial, industrial y agropecuario - agroindustrial. Asimismo, el consumo estimado de leña fue 5 233 x 106 Kg., de los cuales el sector residencial representó el 99,8% [2].

Cuando se habla de biomasa en el Perú, automáticamente lo relacionamos con la leña para la cocción de alimentos en las zonas rurales altoandinas donde, aún existen poblaciones que usan el fogón tradicional de tres piedras para cocinar sin tener en consideración las consecuencias graves que conllevan su uso. Las problemáticas, deterioro de la salud por la respiración de material particulado altamente toxico emitido por la mala combustión de la leña, contaminación ambiental, deforestación, e incluso la mortandad de niños y ancianos.

Una alternativa de solución es la implementación de las cocinas mejoradas, ahorra el uso de combustible, evita las enfermedades respiratorias, y reduce las emisiones de gases contaminantes porque la quema de los combustibles se lleva a cabo en una cámara que permite la combustión casi completa de la leña. El uso de estos artefactos o sistemas de cocción permiten reducir  3,04 toneladas menos de (CO2/año) al ambiente, por cocina [1].

En general, respecto a la biomasa puede decirse que el potencial de biomasa existente en el país para usos energéticos no está debidamente actualizado. Ello debido a que no se han actualizado estudios que evalúen dicho potencial y que incluso los existentes no evalúan la real disponibilidad del recurso bajo criterios de sostenibilidad, es decir considerando salvaguardar la seguridad alimentaria, evitando la deforestación, empobrecimiento de la calidad de nutrientes del suelo, entre otros aspectos [3]. Sin embargo, según el estudio desarrollado en 1988 por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) respecto al Plan de Desarrollo de las Energías Renovables, el potencial teórico anual estimado de los recursos energéticos de la biomasa en el Perú son los siguientes:


Otro punto importante en la situación energética del Perú en la diversificación de la matriz energética del país entre las fuentes de energías  convencionales y no convencionales. Potenciar los recursos naturales para autoabastecerse energéticamente y depender menos de las importaciones le permitirá al país hacer frente ante cambios inesperados en el precio de alguna fuente energética de la cual se esté dependiendo.

La Matriz Energética representada en un esquema nos muestra a las fuentes primarias para producción de fuentes secundarias y para el consumo final por el lado izquierdo, y a los sectores de consumo final por el lado derecho. Los números indicados en las líneas representan porcentajes de participación [2].


Se observa de la imagen un aumento en la participación del gas natural (distribuido) de 25% a 27% en el 2012, debido al incremento del consumo de este energético en el sector transporte (10%), sector industrial (14%) y para la generación de electricidad (73%) en el mercado interno, por la conversión de vehículos a GN, nuevas estaciones de servicio de GN y conversión de instalaciones industriales. 

Por otro lado la participación de la biomasa ha disminuido a 13% destacando el consumo de leña en el sector residencial, principalmente en las zonas rurales. El sector con mayor consumo energético es el sector transporte (42%), donde el consumo de los derivados de petróleo representa el 91% y el gas natural con un ligero incremento alcanza el 8% de participación.

El Perú cuenta con recursos naturales de altas potencialidades energéticas que le pueden permitir autoabastecerse y sostenerse energéticamente de cara al futuro. Muestra de ello se tiene en el Atlas de Energía Solar del Perú que demuestra que la radiación solar incidente en suelo peruano es en promedio de 5.24kWh/m2dia [3]. 

En este contexto, hasta la actualidad las energías renovables no convencionales se han desarrollado con subastas realizadas por tipo de tecnologías y estas han logrado alcanzar 746 MW, conforme al detalle que se presenta en el cuadro N°1.

Ante ello, en marzo del 2013 se inauguraron dos plantas fotovoltaicas en Moquegua y Tacna al Sur del Perú que cuentan con una potencia de 40MW y proporcionan electricidad a 70000 hogares de la zona. Ello, sumadas a las otras dos plantas solares puestas en marcha el 2012 en Arequipa, generan un total de 80MW. Sumando a ello otras instalaciones realizadas por diversas instituciones públicas y privadas en la actualidad se ha logrado alcanzar 96MW con tecnología solar (ver cuadro N°1). En este cuadro no está considerado los 50MW que se instalaran con los 500 000 SFD.

Asimismo, en septiembre del 2014 se inauguró el parque eólico más grande del Perú compuesto por 62 aerogeneradores ubicados en la costa norte del país (la Libertad y Piura) con una capacidad total de 114 MW conectados a red. 


REFERENCIAS
[1] Dirección Nacional de Eficiencia Energética, Plan Energético Nacional 2014-2025, Ministerio de Energía y Minas, pág. 8,11,13 (2014).
[2] Ministerio de Energía y Minas, Balance Nacional de Energía 2012, Dirección Nacional de Eficiencia Energética, pág. 6,10,14,109 (2012).
[3] Pedro Gamio Aita, Matriz Energética en el Perú y Energías Renovables. IV Energía en el Perú: ¿Hacia dónde vamos?, Fundación Friedrich Ebert  Stiftung, pág. 21,22 (2010).

martes, 7 de noviembre de 2017

Arquitectura Bioclimática

  • La arquitectura bioclimática tiene como objetivo el diseño de edificios energéticamente eficientes a través de la utilización de estrategias como la calefacción solar pasiva, la iluminación natural, el enfriamiento convectivo y la conservación de la energía (Laboratorio de ambiente humano y vivienda de Argentina, 2004).
  • La arquitectura bioclimática se presenta hoy como un requerimiento indispensable para la sustentabilidad del medio ambiente construido, la obra arquitectónica habrá de se económicamente viable, socialmente justa y ambientalmente sana (Gonzales, 2003).
  • La arquitectura bioclimática es el medio para lograr el diseño de edificios confortables, esto con el objetivo de que estos resulten ser sistemas termodinámicos eficientes que logren la comodidad de sus ocupantes con el mínimo consumo de energía eléctrica (Morillón, 2003).
  • La arquitectura bioclimática consiste en utilizar métodos pasivos para controlar el ambiente interno (temperatura, humedad, radiación solar y velocidad y movimiento el viento), y de esta manera reducir el uso de controles mecánicos, como el aire acondicionado, para disminuir con consumo energético (Venegas, 2001).
  • La arquitectura bioclimática es el uso eficiente de la energía; se integra al entorno natural para proporcionar espacios dignos, confortables y saludables para el cuerpo, la mente y el espíritu de los usuarios (Fuentes, 2009).  

domingo, 22 de octubre de 2017

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A RED

ASPECTOS  RELACIONADOS CON SU FUNCIONAMIENTO EN CONDICIONES  REALES DE OPERACIÓN

      En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica cuyas componentes son, arreglo de paneles fotovoltaicos, inversor, carga y utilidades eléctricas.
Figura1. Diagrama de sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica.

     La figura 2 muestra los parámetros a medir para la monitorización de un sistema fotovoltaico conectado a red.
Figura 2. Diagrama representativo de los parámetros a medir en un sistema  fotovoltaico conectado a la red eléctrica.

Donde:
GI: Irradiancia total en el plano fotovoltaico (W/m2).
Tam: Temperatura ambiente a la sombra (°C).
Sw: Velocidad del viento (m/s).
Tm: Temperatura del modulo (°C).
VA: Tension de salida (V).
IA: Intensidad de salida (A).
PA: Potencia de salida (kW).
VL: Tension de la caraga (V).
IL: Intensidad de carga (A).
PL: Potencia de carga (kW).
VU: Tension de la red (V).
ITU: Intensidad hacia la red (A).
PFU: Potencia desde la red (kW).
IFU: Intensidad desde la red (A).
PTU: Potencia hacia la red (kW).

  Instrumentos de medición utilizados para la monitorización de un sistema fotovoltaico conectado a red
  • Irradiancia en el plano (GI
     Piranómetro tipo pila

Figura 3. Vista del piranómetro tipo termopila.

Es un dispositivo utilizado para medir la irradiancia solar o insolación, tanto directa como difusa sobre una superficie plana. Son típicamente dispositivos pasivos que no requieren energía para funcionar. Utilizan una termopila revestido de negro que absorberá toda la radiación solar a través de una amplia gama de longitudes de onda. Una cúpula de cristal limita la radiación para sólo el rango de onda corta. La termopila genera una señal de voltaje que es proporcional a la radiación solar incidente. Cada piranómetro tiene una sensibilidad única, definida durante el proceso de calibración, que se utiliza para convertir la señal de salida en microvoltios en irradiancia global en W / m2 (Fuente: http://www.kippzonen.com/News/572/The-Working-Principle-of-a-Thermopile-Pyranometer#.Vi6ssLcvftQ).

Celda solar calibrada
Figura 4. Vista de la celda solar de referencia

Se puede integrar con la estación de la radiación solar. La celda de referencia está diseñado para calibrar la irradiancia de simuladores solares utilizados para el ensayo de células y módulos solares. Las celdas de referencia solares constan de una célula fotovoltaica de silicio monocristalino encerrado en una caja metálica con una ventana de cuarzo protectora y un sensor de temperatura. El sensor de temperatura se puede seleccionar ya sea como un termopar tipo K o un detector de temperatura de la resistencia 100 de platino (RTD).

Piranómetro Fotodiodo de Silicio
Figura 5. Piranometro de fotodiodo de silicio.

Es un sensor de radiación / pyranometer solar que se aplica en las observaciones de radiación solar más comunes. Mide la radiación solar recibida por una superficie plana de un campo 180° del ángulo de visión.  Su orientación depende de la aplicación y puede ser horizontal, inclinada (para el plano de la radiación array) o invertida (para la radiación reflejada). El piranómetro se puede conectar directamente a los sistemas de registro de datos de uso común. La irradiancia en W / m2 se calcula dividiendo la salida por un pequeño voltaje de sensibilidad. Esta sensibilidad se proporciona  en su certificado de calibración.

  •      Temperatura ambiente (Tam)

Sonda de temperatura pt100

Figura 6. Sonda de temperatura pt100.

El principio de funcionamiento consiste en medir la resistencia de un elemento de platino. El tipo más común (PT100) tiene una resistencia de 100 ohmios a 0 ° C y 138,4 ohmios a 100 ° C. Para un sensor PT100, un cambio de temperatura de 1°C causará una cambio 0.384 ohm en la resistencia, por lo que incluso un pequeño error en la medición de la resistencia puede causar un gran error en la medición de la temperatura.

  •      Velocidad del viento (SW)

Anemómetro ultrasónico

Figura 7. Anemómetro ultrasónico.

Specifications
Wind Speed:
0 to 65 m/s (0 to 145 mph)
Resolution: 0.01 m/s
Threshold: <0.01 m/s 
Accuracy: ± 2% ± 0.1m/s (30 m/s), ± 3% (65 m/s)
Response Time: < 0.25 seconds
Wind Direction:
0 to 360 degrees
Resolution: 0.1 degree
Threshold: < 0.01 m/s
Accuracy: ± 2 degrees
Response Time: < 0.25 seconds
Power Requirement:
24 VDC, 2.5 A
Environmental:
Operating Temperature: -40 to +60 ° C

Anemómetro de copa
Figura 8. Anemómetro de copa.

Measuring range: 0.5 ... 50 m/s
Resolution: < 0.1 m/s
Temperature range: -30 ... 70 °C
Low maintenance due to ball bearing cup star
Heatable
Not suitable for wind site assessment according to IEC 61400-12-1


  • Temperatura del módulo (°C)
          Termistor
Figura 9.  Termistor.

Mide la temperatura de una superficie por contacto directo. Por lo general controla la temperatura de un módulo fotovoltaico, pero también puede controlar la temperatura de otros dispositivos. Este termistor interactúa fácilmente con registradores de datos, y es ideal para aplicaciones de energía solar.
  •  Tensión, intensidad y potencia de salida (VA, IA, PA)
            Analizador de potencia
    Permite medir y registrar la potencia de un circuito monofásico o trifásico. Los valores de medición se almacenan en una tarjeta SD en formato xls. Esto permite analizar los valores de medición en el ordenador. La cuota de medición la puede ajustar libremente entre 2 y 7200 segundos. Las pinzas del analizador de potencia se pueden usar para cables con un diámetro del conductor de hasta 50 mm. Por tanto, este medidor es ideal para el uso en redes de abastecimiento de energía. La pantalla de 3,7" permite leer todos los valores de medición. Esto permite un rápido análisis de los valores de medición actuales y le da una visión de la corriente, tensión y potencia.
Figura 10. Analizador de potencia.

  •       Potencia hacia y desde la red a través del inversor (ITU, IFU, PTU, PFU)
     Medidor de energía multifuncional AC
Figura 10. Medidor de energía multifuncional

   Es un medidor de potencia trifásico multifuncional con un margen de medición básico, calidad de la energía y el análisis de armónicos.
    Es adecuado para la automatización de subestaciones de servicios públicos así como sus capacidades de E / S (utilizando los módulos de entrada / salida digital).

      ANSI C12.20 Revenue Grade Meter
Figura 11. a.c. Energy Generation

   Registro de datos además de RS485 Modbus y software. Analógico opcional y entrada digital, salidas de relé y módulos Ethernet.

     Medidor de energía DC.
     Transductores de corriente y tensión externos
Figura 12. Transductor DC

     Transductor de medición programable está diseñado para convertir de dc actual y motor de c.c. tensión en una señal de corriente o voltaje digital o estándar. La modificación de los parámetros es posible a través de su programador, la interfaz RS-485 o desde el teclado.   
  
      Data logger Sunny WebBox
Figura 13. Dara logger Sunny Webbox.

     Recoge continuamente los datos de los inversores lo que permite estar informado del estado de la instalación. Este datalogger multifuncional le ofrece diversas posibilidades para la visualización de parámetros, archivo y procesamiento de los datos de la instalación.


§       Sistema de adquisición de datos para la monitorización de un sistema FV conectado a red.
     Diferentes sensores están configurados para medir variables climáticas: Irradiancias, en el plano horizontal y en el plano de los  módulos fotovoltaicos, la temperatura ambiente, así como las variables eléctricas en el lado de CC y CA de la PV planta.

     El sistema de monitoreo esta desarrollado en el entorno de LabVIEW, el programa maneja tanto los datos medidos y simulados con el fin de ofrecer un entorno de convivencia, mostrando todo las variables de interés, trazado en las mediciones en tiempo real contra la variable simulada, los errores de procesamiento, y desencadenando proceso de búsqueda de alguna falla. Los informes detallados se generan mediante la creación de archivos XLS y HTML que resumen la comportamiento del sistema (ver Fig. 15).

Figura 14. Esquema del sistema de monitorización de una instalación FV conectada a red.

      Agilent Hp keysight 34972A
Figura 15. Vista del sistema de monitoreo y software.


-  Mide 11 señales de entradas diferentes, incluyendo la temperatura con termopares, RTD y termistores; DC / AC voltios o corriente; Resistencia de 2 o 4 hilos; frecuencia y período.
-    Programa BenchLink registrador de datos.

          Adquisidor de datos UDAS

sábado, 16 de septiembre de 2017

Propiedades térmicas de los materiales

El conocimiento de las propiedades térmicas de los materiales utilizados en edificaciones, constituyen un factor importantísimo para de antemano conocer su desempeño térmico mediante cálculos de transferencia de calor que ayudan a gestionar mejor los flujos de calor y, posteriormente lograr temperaturas interiores confortables. Si a ello le sumamos el aprovechamiento energético pasivo con energía solar un diseño bioclimático acorde con la climatología de la zona, las condiciones de comodidad térmica se acrecentaran y la dependencia de equipos u objetos de calefacción y/o refrigeración disminuirán.

Antiguamente las personas construían sus viviendas o refugios de acuerdo a la disponibilidad de materiales locales brindados por la naturaleza, entre ellos, tierra, madera, piedras, y aislantes naturales como paja o lana de oveja para protegerse del clima. El diseño lo realizaban a criterio según la convivencia con su entorno ambiental conociendo la puesta y ocaso del sol, el movimiento de los vientos, y las temporadas de invierno y verano, además, del criterio en el uso de los materiales para construir sus viviendas tanto en techos y paredes que bastaban para lograr su comodidad y habitabilidad donde de por medio estaban involucrados las propiedades térmicas de los materiales.

La decisión de usar un determinado material tendrá un impacto en el desempeño térmico y energético en las edificaciones o viviendas, no todos los materiales son iguales ni tienen las mismas propiedades, asimismo, no todos los materiales tienen el mismo comportamiento ante diferentes condiciones climáticas. Conociendo con detalle las características térmicas de los materiales empleados en la construcción de viviendas garantiza tomar decisiones adecuadas en su diseño.

Las propiedades térmicas nos indican cual es el comportamiento o reacción de los materiales cuando son sometido a fluctuaciones térmicas (exceso o deficiencia de calor). Para el diseño bioclimático es necesario y obligatorio el conocimiento de dichas propiedades las cuales describiremos a continuación.

Capacidad calorífica (C)
La energía externa necesaria para aumentar la temperatura de una masa sólida se conoce como la capacidad calorífica de los materiales. Se define como la habilidad de los materiales para absorber calor y cambiar su temperatura en un grado (°C o K).
Donde dQ es la energía necesaria para producir un cambio dT en la temperatura. Tiene unidades como J/mol-K o Cal/mol-K. La capacidad calorífica no es una propiedad intrínseca, es decir, cambia con el volumen/masa del material.

Calor específico (c)
Si dividimos la capacidad calorífica de un objeto por su masa, obtenemos una cantidad conocida como el calor específico del objeto. El calor específico no depende del tamaño o la forma de un objeto, sino sólo del material del que se fabrica. El agua tiene un calor específico grande de 1caloría por gramo por grado Celsius o 4,186 julios por kilogramo grado Celsius. El hielo flota porque el volumen de agua aumenta cuando se congela. Esto está conectado con el cambio en el calor específico del agua cerca de 0°C.

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsius y esta representado por:
La unidad del calor específico en el sistema internacional es J/kg°C.
Fuente: https://diccionario.motorgiga.com/calor-especifico

Conductividad térmica (k)
Es la capacidad o habilidad de un material para transferir el calor.Si hay un gradiente de temperatura, el calor fluirá desde la región de temperatura más alta a más baja. Esta es la conducción térmica.

El coeficiente de conductividad térmica, k [W/(m·K)], es una medida de la velocidad q(W) a la cual el calor fluye a través de un material. Es el coeficiente de transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura en estado estacionario (T2 - T1) a lo largo de una distancia (x2 - x1), o:

Fuente:https://es.khanacademy.org

Expansión térmica
Es la expansión de los materiales cuando se calientan. La mayoría de los materiales se expanden cuando son calentados y se contraen cuando son enfriados. El cambio de longitud con la temperatura en un material sólido puede expresarse de la siguiente manera:
Donde ∆L es el cambio de longitud debido a un aumento en la temperatura ∆T. 𝛂l es el coeficiente lineal de expansión térmica.
Fuente:https://yulitiqueesquivel.wordpress.com

Esfuerzo térmico (𝛔)
Los esfuerzos debidos a cambios de temperatura o debido al gradiente de temperatura se denominan tensiones térmicas. Si sujetamos rígidamente los extremos de una varilla para evitar su expansión o contracción y luego variamos la temperatura, aparecerán esfuerzos de tensión o comprensión llamados esfuerzos térmicos.

Donde 𝛂 es el coeficiente lineal de expansión térmica y E es el módulo de elasticidad.

sábado, 9 de septiembre de 2017

Inercia Térmica en Edificaciones y/o Viviendas

Muchas de las normatividades en confort térmico especialmente en Lationoamerica consideran como indicador de evaluación del desempeño térmico de sistemas constructivos ya sean de techos, pisos o paredes, el cálculo de la resistencia térmica o transmitancia térmica en estado estacionario, generalmente dicho indicador es considerado como el más importante para reducir la demanda energética del edificio.  Otros como la española por ejemplo (Código Técnico de la Edificación CTE DCHE), consideran en sus normatividades la inercia térmica como resultado de la transferencia de calor dependiente del tiempo (estado transitorio), que permite realizar un análisis más realista dado que la temperatura y radiación solar en todo momento dependen del tiempo. La inercia térmica es importante en aquellos climas donde la radiación solar es significativa y la oscilación térmica diaria importante, dichas características climáticas se presenta en las zonas rurales alto andinas del Perú, porque no aprovecharlas.

La inercia térmica es la capacidad de los materiales de almacenar calor y devolverlo en un tiempo posterior (con retardo), tienen  un alto calor específico, alta densidad, y baja conductividad térmica. Bueno materiales con inercia térmica son, el adobe, la piedra, el agua, el concreto, etc., materiales de baja inercia térmica son la madera, los aislantes, etc. La inercia térmica permite mejorar el confort térmico y reducir la demanda de energía en edificaciones en calefacción y refrigeración.

La envolvente de una edificación con alta inercia térmica, se comporta como un colector de calor, puede absorber, almacenar y liberar calor en momentos de demanda, es decir, para el caso de climas fríos como las zonas alto andinas del Perú, en el día el calor puede ser almacenado en techos, paredes y pisos, y devueltos lentamente en la noche con el propósito de mantener el interior de una edificación a una temperatura estable y confortable tal es así que se reduzca los requerimientos en calefacción y/o ventilación según fuese el caso.

Entonces, dado a que el Perú es un país cuya técnica constructiva con adobe  prevalece dado la costumbre tradicional de construcción  que es parte de nuestra identidad cultural y que debemos re-valorar (principalmente en la costa y sierra del Perú donde según INEI-ENAHO 2007  las viviendas de adobe o tapia en zona urbana representan el 23.5% y en zona rural 68.5%), se tiene que aprovechar sus bondades térmicas en especial en zonas donde la helada y frío extremo impera y azota a las poblaciones asentadas a más de 3000 msnm, su uso tiene que difundirse y su técnica de elaboración y construcción repotenciarse mediante la transferencia de conocimientos dado a que con el pasar de los años se ha ido perdiendo. 

Fig.1 Adobes de 0.40x040mx0.10m elaborados en las serranias de Piura, Yamango, Morropón.

Cuando en una construcción se utilizan materiales pesados como piedras y adobes con el propósito de obtener inercia térmica, se le denomina masa térmica. Dicha masa tiene que estar expuesta y orientada al sol para almacenar calor. Este aspecto de la inercia térmica nivela las variaciones de temperatura interiores y proporciona un clima interior más cómodo. Las paredes se sienten cálidas y la temperatura es más uniforme en el espacio y el tiempo.

Una casa sin inercia térmica será rápida para calentar, pero se enfriará también rápidamente, es el caso del uso de las calaminas metálicas en los techos en zonas alto andinas. En estos materiales no hay manera de almacenar el calor para su reutilización. Por ello, comprender el concepto de la inercia térmica es primordial para realizar buenos diseños de viviendas y/o edificios. Una alta inercia térmica combinada con bueno materiales aislantes garantiza la comodidad interior ademas del ahorro de energía en calefacción. Y el adobe es un material idóneo para aplicar estos principios.

En estos tiempos apoyarse en los cálculos dinámicos mediante herramientas de simulación es un ventaja que en otros años era imposible y los cálculos eran tediosos de realizar. En la web existen softwares de uso libre  que bien pueden ser aprovechados para realizar balances térmico energético y determinar la demanda y/o consumo de energía en una edificación. Softwares como el EnergyPlus de propiedad del Departamento de Energía de los Estados Unidos o el Ener Hábitat de propiedad de la Universidad Nacional Autónoma de México.