Evaluación técnica-económica del reemplazo de una estufa a leña por pellet para una residencia de la ciudad de Osorno, mediante los software Design Builder y Aecosim Energy Simulator
Cargando...
Archivos
Fecha
2022
Profesor/a Guía
Facultad/escuela
Idioma
es
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad Andrés Bello
Nombre de Curso
Licencia CC
Licencia CC
Resumen
Actualmente, en la ciudad de Osorno la materialidad de la envolvente térmica de las viviendas no
es idónea para las condiciones climáticas que se presentan en el sur de Chile. En consecuencia, se
emplean sistemas de calefacción residencial a leña, los cuales contribuyen a una mala calidad del
aire, debido a que emiten material particulado MP2,5. Los índices de contaminación de estas
emisiones sobrepasan los valores normativos permitidos, afectando de manera negativa la calidad
de vida de los pobladores.
A partir de ello, en la presente Tesis, se estudiará la factibilidad técnica y económica de
reemplazar una estufa a leña, que corresponde al sistema de calefacción más utilizado en las
viviendas unifamiliares de la ciudad de Osorno, por una estufa a pellet, que corresponde a una
fuente de energía renovable no convencional. Paralelamente, se analizará el uso de material
aislante a la envolvente térmica de la vivienda, como medida de eficiencia energética, con el fin
de determinar si la implementación de esta medida genera un beneficio térmico para la vivienda,
reduce el consumo de combustible y la huella de carbono.
Se comenzará este estudio identificando las características básicas de las viviendas: materialidad,
cantidad de dormitorios, baños y áreas comunes, a través de los resultados obtenidos del Censo
realizado en el año 2017 y con una recopilación del mercado inmobiliario de Osorno. Con estos
antecedentes, se definirá el primer caso de estudio llamado “Caso Base”. Posteriormente, se
realizará la modelación numérica en el software Design Builder, para obtener los perfiles de
temperatura, las pérdidas térmicas y la demanda de calefacción por recinto.
Luego, a partir de los resultados obtenidos del Censo 2017, que definieron la materialidad de la
vivienda del “Caso Base” se realizará el estudio de tres materiales aislantes: Poliestireno
Expandido, Fibra de Vidrio y Poliuretano Proyectado que se incorporarán en el “Caso Base”,
generando tres casos de estudio: “Caso Base Muros”, “Caso Base Techo” y “Caso Base Muros –
Techo”. Mediante las variables: perfil de temperatura, pérdidas térmicas y evaluación económica,
se determinará el caso de estudio y el material aislante que tendrá la vivienda para las posteriores
modelaciones.
Una vez obtenidos los resultados del estudio de los tres materiales aislantes, se concluyó que: la
incorporación de estos a la envolvente térmica de la vivienda generó un beneficio térmico. El
cual se ve reflejado en las temperatura alcanzadas en la vivienda. A partir de la Tabla 28 se puede
observar que la temperatura promedio del “Caso Base” es de 11,31°C y que al incorporar un
material aislante en la envolvente térmica de muros, las temperaturas promedios alcanzadas para
los tres materiales aislantes aumentaron en promedio un 19%, obteniendo así valores de 13,40°C
para el Poliestireno Expandido, 13,50°C para la Fibra de Vidrio y 13,60°C para el Poliuretano
Proyectado.
Por otro lado, se observó que al incorporar material aislante a la envolvente térmica del techo no
generó un beneficio térmico significativo. Las temperaturas promedios alcanzadas para los tres
materiales aislantes aumentaron en promedio un 4%, obteniendo valores de 11,77°C para el
Poliestireno Expandido, 11,82°C para la Fibra de Vidrio y 11,83°C para el Poliuretano
Proyectado.
Finalmente al incorporar material aislante en la envolvente térmica de muros y techo generó un
beneficio térmico mayor a los presentados anteriormente. Las temperaturas promedios alcanzadas
para los tres materiales aislantes aumentaron en promedio un 28%, obteniendo valores de
14,25°C para el Poliestireno Expandido, 14,56°C para la Fibra de Vidrio y 14,63°C para el
Poliuretano Proyectado.
Al evaluar los tres materiales aislantes en las tres distintas configuraciones de envolvente térmica,
se logró cuantificar la diferencia de temperaturas logradas entre los materiales, lo que en
promedio no superó el grado Celsius. Así, la selección del material aislante para este estudio se
basó en la disponibilidad de material en la ciudad de Osorno, el costo, el rendimiento por metro
cuadrado y la dificultad a la hora de la instalación. Con ello se concluyó y se determinó que el
material a utilizar corresponderá a la Fibra de vidrio, puesto que presenta mayores ventajas por
sobre los otros materiales aislantes. Por otro lado, se tomó la decisión de evaluar solo la
envolvente térmica de muros.
Posteriormente, se realizará la modelación numérica del “Caso 1”, que consiste en el uso de un
sistema de calefacción individualizado a pellet para la vivienda. A partir de ello, se definirán seis
horarios de uso, que permitirán determinar la factibilidad económica de realizar el recambio de
sistema. Mediante la definición de Sub-Casos de estudio se buscará determinar el horario que
permita indicadores económicos positivos para el proyecto de reemplazo.
Una vez obtenidos los resultados de los Sub-Casos de estudio, se propuso realizar la evaluación
económica considerando dos escenarios posibles puesto que influyen directamente en la inversión
inicial del proyecto. El primer escenario corresponde a un periodo previo a la promulgación de la
iniciativa del gobierno llamada “Plan de Descontaminación atmosférica (PDA)” en donde se
evaluaron tres distintas realidades de los osorninos. El segundo escenario corresponde al periodo
post promulgación del “PDA”, lo que llevo a obtener conclusiones o recomendaciones que se
adaptan a distintas situaciones.
De igual modo, se propone un sistema de calefacción competitivo para el “Caso 1”, el cual
corresponde a un sistema centralizado de losa radiante, correspondiente al “Caso 2”. Sin
embargo, para esta modelación se definieron cuatro sub-casos, por medio de los cuales se busca
determinar la factibilidad técnica-económica del sistema propuesto.
Considerando los resultados obtenidos, se observó que las temperaturas alcanzadas por el “Caso
2” son mayores a las alcanzadas por el “Caso 1”. Se obtuvo una diferencia en temperaturas que
comprende un rango entre 2,08 °C a 5,16 °C en las principales zonas de calefacción. Esto
demuestra y valida que la calefacción centralizada representada por un sistema de losa radiante
tiene un beneficio térmico mayor a la calefacción individualizada representada por una estufa a
pellet. Sin embargo los indicadores económicos VAN y TIR, demostraron que un sistema de losa
radiante no presenta una factibilidad económica puesto que se requiere una alta inversión inicial y
el consumo de combustible es mayor.
Finalmente, se determinará el sistema de calefacción que reemplazará al existente en Osorno,
permitiendo realizar las últimas modelaciones de los distintos sub-casos en el software AECOsim
Energy Simulator.
De manera similar a lo realizado en Design Builder, se utilizaron los resultados obtenidos por
AECOsim y se realizaron las evaluaciones económicas para determinar cómo afecta
económicamente la diferencia entre ambos software.
En conclusión se demostró que existe una factibilidad económica de realizar el proyecto de
reemplazo del sistema de calefacción a leña por un sistema de calefacción a pellet, ya sea
considerando un escenario previo al “Plan de Descontaminación atmosférica” o considerando un
escenarios post “PDA”. Esto permite comprender la importancia de los resultados obtenidos ya
que se puede concluir que a nivel nacional, se lograría reducir drásticamente las emisiones de
MP2,5 producidas por la combustión a leña. Así, los efectos de reducir aquella contaminación
conllevarían a una mejora en la calidad de vida y reducir las probabilidades de sufrir
enfermedades respiratorias.
Notas
Tesis (Ingeniero Civil)
Palabras clave
Estufas a Leña, Estufas a Pellet, Recursos Energéticos Renovables, Aspectos Económicos, Procesamiento de Datos, Investigaciones, Chile, Osorno