Cuarto Congreso Nacional – Tercer Congreso Iberoamericano Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2011

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INCORPORACIÓN DE SISTEMAS SOLARES PARA CALENTAMIENTO DE AGUA EN VIVIENDAS SOCIALES DE LA PROVINCIA DE MISIONES Balbastro M.M. (1) Sarasola, M.R. (1) (1)

Consejo Ejecutivo y Consultivo de Energías Renovables Biocombustibles e Hidrógeno, Rivadavia N°1841, 3300, Posadas Misiones, Argentina [email protected] Palabras Claves: energías renovables, termotanques, accesibilidad.

RESUMEN El Programa Provincial de Energías Renovables, Biocombustibles e Hidrógeno se encuentra ejecutando acciones que permitan obtener el máximo provecho de las diferentes aplicaciones conocidas en materia de energía solar. En el marco del aprovechamiento para calentar agua de uso sanitario la utilización de termotanques solares se plantea como una fuente alternativa a un elemento ampliamente utilizado en la zona, que es la ducha eléctrica y que, por su elevada potencia eléctrica (4400w) demanda una gran cantidad de energía. Como inicio de los estudios se ejecutó la instalación de termotanques solares del tipo de tubo de vacío en un barrio completo de 40 viviendas de interés social de la ciudad de Posadas. Se trata de la primera etapa de evaluación de un plan que pretende ampliar a todas las viviendas que se proveen con ayuda del Estado. El presente trabajo muestra los primeros resultados desde el punto de vista energético y socio cultural. Palabras Claves: energías renovables, termotanques, accesibilidad.

1. INTRODUCCIÓN

2. FUNDAMENTACIÓN

En el año 2008 la Provincia de Misiones sanciona la ley Nº4439 que crea el Marco Regulatorio y de Promoción Para la Investigación, Desarrollo y Uso Sustentable de Fuentes de Energías Renovables No Convencionales, Biocombustibles e Hidrógeno. Entre sus objetivos se encuentra el uso y promoción de las energías renovables, los biocombustibles y el hidrógeno en la provincia de Misiones, y, plantea como meta estratégica que la provincia de Misiones logre el autoabastecimiento de energía en un plazo de diez (10) años. En el marco de la energía solar, su disponibilidad y su aprovechamiento para complementación en el uso de otras energías es donde se centra el desarrollo de éste plan. El mismo consiste en la instalación de termotanques solares en viviendas sociales del estado provincial, con el fin de disminuir la energía eléctrica demandada por éstas.

2.1 Sistemas Térmicos Solares como Contribución al Sistema Energético Provincial En referencia a los sistemas para calentar agua, la provincia de Misiones tiene una característica (entre otros motivos por la falta de gas natural y por adoptar costumbres de Brasil) que no la presentan otras regiones y que contribuyen en gran medida a los actuales problemas energéticos: relevamientos propios indican que aproximadamente el 90% de los hogares de nivel socio económico bajo y el 38% de las viviendas de nivel socio económico medio poseen como sistema de calentamiento de agua sanitaria, el artefacto conocido como ducha eléctrica (también denominado “ducheiro”) el cual es básicamente una resistencia eléctrica que reemplaza a la tradicional “flor” de la ducha, y de esta forma va calentando el agua a su paso.(fig. 1) Este implemento eléctrico, debido a que debe calentar el agua a medida que circula, es de gran

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potencia eléctrica: 4,4 kW en los modelos tradicionales y 5,5 kW en los especiales.

Comercial 7%

Industrial Oficial 1% 2%

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Rural Otros 0% 2%

Residencial Comercial Industrial Oficial Rural Otros

Residencial 88%

Figura 2. Distribución por categoría de usuario eléctrico en Misiones

Figura 1. Ducha eléctrica La conjunción de ésta gran potencia con el gran número de usuarios del elemento ocasiona problemas tanto para el sistema eléctrico, como para el consumidor. Para el sistema eléctrico es una carga muy elevada que debe ser soportada tanto por el generador como por todos los componentes de la línea de distribución, y para el consumidor porque implica un gran costo en su facturación de energía. 2.2 Estimación del ahorro energético para las características de la Provincia de Misiones La ubicación geográfica y las características climáticas de la provincia la hacen propicia para el aprovechamiento del recurso solar: los cálculos teóricos realizados arrojan un promedio de 4,5 kW-h/m2 día, lo que significa que con un esquema de Sistema Térmico Solar (STS) tradicional y una superficie de captación de 2 m2 se puede calentar el volumen de agua requerido por una familia de 4 personas. Históricamente, estos sistemas de aprovechamiento de la energía solar para el ámbito domiciliario (calefacción y calentamiento de agua) han sido utilizados por los niveles socio-económicos más altos, limitando así los beneficios energéticos de su utilización. Para tener en cuenta aproximadamente cuánto representa el ahorro de energía y potencia que significa la implementación en gran medida de estos sistemas. Se tuvieron en cuenta los siguientes datos: La discriminación de usuarios por categoría en la Provincia de Misiones indica que existen unos 210.000 del tipo Residencial. Esto representa el 88% del total de usuarios en la provincia [1] (fig. 2)

Esta categoría representa el consumo del 41% del total de energía facturado en la provincia [1] (fig. 3) Rural Oficial 1% 3%

Otros 10%

Residencial 41%

Industrial 33%

Comercial 12%

Figura 3. Porcentaje de energía facturada según categoría en la Provincia de Misiones Esto implica que la Provincia presenta su mayor consumo energético en la categoría residencial, con un número muy elevado de usuarios de este tipo, de lo cuales un alto porcentaje son actualmente usuarios de las duchas eléctricas y, por lo tanto, potenciales sujetos de implementación de los STS. De acuerdo a los estudios realizados, el usuario de las duchas eléctricas consume en este equipo un promedio unos 53 kW-h mensuales, lo que representa en algunos casos hasta un 30% de su factura mensual (fig. 4) e implica, anualmente, unos 636 kW-h. 2.3 La Vivienda Social en la Provincia de Misiones El estado provincial, a través del Instituto Provincial de Desarrollo Habitacional (IProDHa) tiene una muy fuerte participación en el acceso a la vivienda para la población de los niveles socio-económicos bajos y medios, habiendo entregado en los últimos tres años, un promedio de 10.000 viviendas por año. Esto implica, sólo con estas viviendas, un potencial de ahorro energético muy significativo. Las viviendas presentan características básicas para el alojamiento de la familia tipo.

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Se trata de casas de una planta, con un livingcocina-comedor y 2 habitaciones y una superficie techada total de 70 m2. Las casas no se entregan con sistema de calentamiento de agua de ningún tipo, siendo el nuevo propietario quien debe instalarlo volcándose principalmente –por costo y simplicidad- a la ducha eléctrica.

Figura 4. Caracterización del consumo domiciliario en la Provincia de Misiones 3. EXPERIMENTAL La incorporación de la utilización de STS a la rutina de la población no acostumbrada a ello, implica un cambio cultural que debe realizarse gradualmente y con fundamentos sólidos dados por la experiencia. Asimismo, evaluar en la práctica lo planteado en concepto de ahorro energético, así como también poder analizar alternativas y mejoras, requiere de un tiempo de experimentación y análisis de resultados que permitan generar conocimiento. Por estos motivos se decidió llevar a cabo, como primera etapa, una prueba a mediana escala instalando STS en un grupo de viviendas nuevas construidas por el IProDHa, que se corresponden con la tipología que se mantendrá en el tiempo y donde los futuros usuarios formaban parte de todo el espectro social abarcado por el plan de entrega de viviendas.

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3.2 Equipos El dimensionamiento de los equipos a instalar se realizó teniendo en cuenta la radiación solar para el lugar y los requerimientos de agua estimados para los habitantes promedio de este tipo de viviendas. Esto arrojó una capacidad mínima de 1120 litros, con una superficie de colector de aprox. 2 m2. La selección final de los equipos se realizó evaluando costos y características técnicas de los disponibles en el mercado local, siendo éstos de procedencia China o Brasilera, no habiendo de fabricación nacional. De esta forma, se adquirieron equipos de origen chino, comercializados por la firma SolarGreen, del tipo de tubos de vacío y con tanque de almacenamiento con capacidad para 135 litros. El sistema de calentamiento está constituido por 15 tubos de vidrio al vacío dispuestos en serie. Cada uno de estos tubos está formado por una doble pared, el tubo interior está recubierto con una capa especialmente diseñada para atraer la radiación solar. El tubo exterior cubre al primero y sella al vacío el espacio entre ambos tubos con lo cual se elimina la pérdida de calor convectivo y conductivo, asegurando que toda la radiación absorbida por el tubo interior se transfiera al agua que fluye dentro de él. Los tubos de vidrio al vacío absorben no sólo los rayos solares directos sino que también absorben la radiación solar difusa permitiendo calentar el agua aún en días nublados con resolana. Cada uno de estos tubos de vidrio al vacío (fig. 5) está diseñado de manera tal que son capaces de resistir granizos de hasta 2,5 cm de diámetro.

3.1 Ubicación El grupo de viviendas seleccionado se corresponde a un barrio completo de 40 viviendas nuevas, ubicado en la intersección de la Av. Jauretche y Av. Bustamante de la Ciudad de Posadas, Misiones.

Figura 5. Tubo de vacío para calentamiento de agua El tanque de almacenamiento posee las siguientes especificaciones: Material: acero inoxidables SUS304, espesor 0,5 mm.

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Aislamiento térmico: poliuretano expandido, densidad 60 mm. Tanque exterior, acero pintado 0,45 mm (color blanco). 3.2 Instalación La conformación del barrio presentaba dos tipologías de viviendas con características de forma y estructura de techo similar, pero con la diferencia que uno de los diseños (denominado D-05) no contaba con bajada independiente para agua caliente desde el tanque elevado de reserva, y, por lo tanto, ninguna opción de alimentar con agua caliente a ningún punto de la casa. La otra tipología, denominada A-05, contaba con acceso de agua caliente a baño y cocina. En las 20 casas que respondían a la categoría D05 se agregó una bajada directa hacia la ducha (único punto donde tendrá agua caliente) y se incorporó la llave mezcladora. Los equipos fueron instalados sobre el techo (sin ninguna modificación al mismo) en un punto en el cual se asegurara la ausencia o el mínimo de sombras recibidas y con su colector orientado hacia el Norte y, dada la latitud del lugar (27° 19' S) con una inclinación de 45º respecto a la horizontal con el fin de obtener la máxima captación de radiación en invierno, (fig. 6 y fig. 7)

Figura 6 Equipos instalados en las viviendas La instalación hidráulica desde el tanque de reserva hasta el termotanque y desde éste hacia la vivienda se realizó en forma exterior, con caños de PPN aptos para alta temperatura y revestidos con aislante térmico y capa de aluminio.

Figura 7 Equipos instalados en las viviendas 3.2 Seguimiento y Monitoreo La adquisición de datos para la evaluar el comportamiento y adaptación de los usuarios se lleva a cabo mediante visitas periódicas donde se inspeccionan las casas, se dialoga con los beneficiarios y se relevan los datos de facturación eléctrica. Estos datos serán analizados y comparados con los correspondientes a usuarios de características similares, en viviendas iguales, pero sin STS. 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El barrio de viviendas se entregó a fines de diciembre de 2010, y hasta la fecha se han realizado visitas, inspecciones y reuniones en donde se ha podido observar lo siguiente: - Los usuarios no han presentado serios inconvenientes en la incorporación del uso de esta tecnología en su rutina diaria. - Se han presentado algunas consultas aisladas respecto a la adaptación al uso de las dos llaves de agua (agua caliente y agua fría) que tradicionalmente no utilizaban o respecto al retardo de salida del agua caliente desde que se abre la canilla, cuestiones asociada al hábito de uso de la ducha eléctrica donde están situaciones no existen. - Son fundamentales las acciones de transferencia como las ejecutadas, consistentes en capacitaciones mediante la entrega de un manual de uso y una reunión explicativa in situ. (fig. 8 y fig. 9) para la mejor adaptación del usuario. - La mayoría de los propietarios ha percibido una notable disminución del consumo de energía eléctrica respecto a su vivienda anterior, en donde utilizaban ducha eléctrica. Esto no es posible respaldar con documentación.- Algunos usuarios demandan mayor volumen de agua caliente. - Otros han manifestado que han logrado un ahorro en el consumo de agua. Esto

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probablemente esté asociado al punto anterior donde la capacidad limitada de agua caliente obligue a un mayor cuidado del fluido. Asimismo, se han notado algunos inconvenientes de índole técnica: - El caño de ventilación no posee la altura suficiente y ocasiona salida de agua caliente que puede resultar peligrosa. - El diseño de los techos en conjunto con la orientación ocasiona que se produzcan sombras en algunos de los equipos.

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lograr una gradual aceptación y, por lo tanto, incorporación de las mismas. También han surgido de la experiencia cuestiones que deberán ser trabajadas para las sucesivas ampliaciones del plan, como ser el aumento en la capacidad de los equipos o alguna modificación en la estructura de techo de la vivienda que permita asegurar la ausencia de sombras así como también una integración estética del STS a la vivienda. 5. REFERENCIAS [1] Informe del Sector Eléctrico, Año 2007 parte 3. Secretaría de Energía. Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública y Servicios.

Figura 8. Reunión explicativa para los usuarios, realizada en el barrio.

Figura 9. Manual de uso entregado con la vivienda 5. CONCLUSIONES Aunque el tiempo transcurrido en el uso de los sistemas es muy corto para tener conclusiones definitivas, sí se puede vislumbrar que se trata de una alternativa válida para el ahorro de energía y liberación del sistema eléctrico. Asimismo, el trabajo denota la importancia fundamental de la trasmisión hacia la sociedad de conocimiento referente a este tipo de tecnologías y sus aplicaciones, si se pretende