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ACONDICIONAMIENTO TÉRMICOEFICIENTE
Abril 2008 1
CURSO CONVENIO:
pPROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGETICA - MIE.
p FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR.
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PRESENTACION DEL CURSO
pRESPONSABLE ACADEMICO:n Ing. Eduardo Di Fabio Roglia.
pDOCENTES:n Ing. Eduardo Di Fabio Roglia. (UdelaR, UCUDAL)n Arq. Alicia Picción. (UdelaR)nDr. Arq. Guillermo Gonzalo (U.N. de Tucumán.)n Ing. Octavio Rocha. (UdelaR)n Arq. Sara Milicua. (UdelaR)
pCOORDINACIÓN:nUEP (Unidad de Extensión Pedagógica, FARQ)
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PROGRAMA GENERAL
n Introducción.n Conceptos de Energía y Eficiencia Energética.n Confort y Calidad del Aire.n Ejemplos de Proyectos Eficientes.n Comportamiento Térmico de los Edificios.n Acondicionamiento Térmico Artificial (Opciones).n Acondicionamiento Térmico Artificial (Opciones).nMétodos de control.n Actualización de Edificios (“retro fit”).n Evaluación del comportamiento Térmico de un
Edificio (Herramientas).n Proyecto eficiente, Discusión.
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MATERIAL INCLUIDO
En esta Presentación se ha incluido información de las siguientes instituciones y empresas:
n DNTEN (MIEM).-n Energy Information Administration (EIA).-n Wikipedia (definiciones).-
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¿QUÉ ES LA ENERGÍA?
p ENERGÍA es la capacidad que posee un cuerpo o un medio de realizar un trabajo, transformar un material, generar calor, generar movimiento, etc.-
p Es lo que permite que suceda TODO en el universo: la vida, la luz, la electricidad, el fuego, el ruido, el viento, etc.-viento, etc.-
pHay muchos TIPOS DE ENERGÍA: Energía cinética, Energía potencial, Energía eléctrica, Energía electro-magnética, Energía lumínica, Energía sonora, Energía nuclear, Energía calórica, etc.-
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PRIMER PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA
p Ley de la Conservación de la Energía:
“NADA SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA”.-
p Es decir: la Energía no se pierde sino que se transforma, no se la puede crear ni destruir, y transforma, no se la puede crear ni destruir, y cuando creemos que desaparece solo se ha convertido en otra forma de energía.-
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TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
p La TRANSFORMACIÓN de la ENERGÍA está presente en todos los procesos que observamos en la naturaleza.-
p Ejemplos de Transformación:
n Caída de un cuerpo material?n Caída de un fluido?n Caída de un fluido?n Expansión de un fluido?n Cambio de estado de un elemento?n Energía del sol?n Combustión?n Fisión o Fusión nuclear?
p Ejercicio 1: presentar ejemplos conocidos.-
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ACUMULACIÓN DE LA ENERGÍA
p La ENERGÍA se puede ACUMULAR, transformán-dola en otro tipo de Energía: Estática, Potencial o en Reposo.-
p Ejemplos de Acumulación:
n Elevar un cuerpo?n Elevar un fluido?n Elevar un fluido?n Presionar un resorte?n Presionar un gas?n Calor (Temperatura?)?n Química?n Volante?
p Ejercicio 2: presentar ejemplos conocidos.-
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UNIDADES DE ENERGÍA
p Julio (J) - Unidad de Energía en el Sistema Internacional de Medidas.-n 1J = 1N.m
p Kilowatt hora (kWh) - Unidad de Energía Eléctrica.-n 1 kWh = 3,6 x 106 J
p Kilocaloría (kcal) - Unidad de Energía Térmica.-p Kilocaloría (kcal) - Unidad de Energía Térmica.-n 1 kcal = 4,186 x 103 J
p Tonelada equivalente de petróleo (tep) - Energía que libera la combustión de una tonelada de petróleo crudo.-n 1 tep = 41,868 x 109 J n 1 tep = 10 x 106 kcaln 1 tep = 11,63 x 103 kWh
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POTENCIA
p En Física, Potencia es la cantidad de Trabajoefectuado por unidad de tiempo.Esto es equivalente a la velocidad de cambio de Energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:
dE=
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pUnidades: Newton (N), Vatio (W), kcal/h, Btu/h, etc.
p Ejercicio 3: presentar otras unidades y sus equivalencias kW.-
dtdEP =
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ENERGÍA y SOCIEDAD
§ Un requisito para el DESARROLLO ECONÓMICO.-
§ Su nivel de consumo es un indicador de la CALIDAD DE VIDA.-
§ La distribución de su consumo es indicador de la DISTRIBUCIÓN DE LA RIQUEZA en una sociedad y entre las naciones.-
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y entre las naciones.-
§ Las reservas son un RECURSO ESTRATÉGICO y causa de dominación y de conflictos entre naciones.-
§ Su transformación y consumo causan IMPACTOS AMBIENTALES.-
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TIPOS DE ENERGÍA
pEnergía PRIMARIA:n Se obtiene directamente del Medio Ambiente.-
pEnergía SECUNDARIA:n Se obtiene a partir de las primarias u otras
secundarias, mediante un proceso de secundarias, mediante un proceso de transformación por medios técnicos.-
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ENERGÍA PRIMARIA
Petróleo
Gas natural
Carbón
Nuclear
Biomasa
HidráulicaHidráulica
Eólica
Residuos Orgánicos
Solar térmica
Solar fotovoltaica
Sigue
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p El PETRÓLEO es una mezcla de hidrocarburos no solubles en agua. Es de origen orgánico, fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de algas y zooplancton, que depositados en grandes cantidades en fondos de mares o lagos del pasado geológico y sin oxígeno, fueron enterrados bajo pesadas capas de sedimentos.-
p La transformación química (craqueo natural) debida al calor y a la presión produce, en sucesivas etapas, desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos).-
PETRÓLEO
cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos).-
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p Principales usos del petróleo y sus derivados:n Combustible.-n Lubricantes.-n Ceras.-n Solventes.-n Derivados Petroquímicos.-
Como Combustible:
PETRÓLEO
p Como Combustible:n Como combustible doméstico e industrial.-n Como combustible para generar energía eléctrica.-n Como combustible para el transporte.-
p Poder calorífico ≈ 10.000 kcal/kg.-
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p El GAS NATURAL es una mezcla de gases que se encuentra en yacimientos fósiles, solo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Su composición varía en función del yacimiento del que se extrae.-
p Está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%.-
p Suele contener otros gases como nitrógeno, etano, butano, propano, mercaptanos, CO2, H2S, y trazas de hidrocarburos más pesados.-
GAS NATURAL
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pUso principal del Gas Natural:n Combustible.-
pPoder calorífico ≈ 9.300kcal/m3.-
pProduce escasa contaminación (la producción de CO2 es poco mayor de la
GAS NATURAL
producción de CO2 es poco mayor de la mitad de la producida por los restantes combustibles fósiles).-
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p El CARBÓN se origina por descomposición de vegetales, hojas, maderas, cortezas, que se acumulan en zonas pantanosas, marinas o lagunas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van juntando en el fondo y quedan cubiertos de agua, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría.-
p Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias y con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono.-
p Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo
CARBÓN
p Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación.-
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pUso principal del Gas Natural:n Combustible para uso Industrial y Residencial.-n Combustible para Generación de Energía Eléctrica.-n Industria siderúrgica, fabricación de hierro, acero y
fundición.-
pPoder calorífico ≈ 2.500 a 7.000 kcal/kg.-
CARBÓN
pPoder calorífico ≈ 2.500 a 7.000 kcal/kg.-
p Como principal impureza tiene azufre (S) y nitrógeno (N), que al quemarse, se liberan en forma de SO2 y NOX para unirse posteriormente al vapor de agua y producir las lluvias ácidas. Además emite grandes cantidades de CO2 (Gas con efecto invernadero).-
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p La FISIÓN NUCLEAR ocurre cuando un núcleo atómico se divide en dos o más núcleos pequeños. La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico que libera cantidades importantes de energía térmica.-
p La FUSIÓN NUCLEAR es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno mayor. El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos fusionados, esta diferencia de masa es liberada en forma de energía térmica.-
p Esta ENERGÍA TÉRMICA se emplea para generar vapor, el que se transforma en energía mecánica utilizando turbinas de vapor.-
NUCLEAR
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pLos reactores que se emplean actualmente, son los de FISIÓN NUCLEAR. Los de Fusión son sólo experimentales.-
pVentaja: n Recurso natural barato, de altísimo contenido
energético que no emite gases contaminantes.-
NUCLEAR
pDesventajas:n Riesgo de accidente poco probable pero grave.-nGestión de residuos radioactivos no resuelta.-
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p La energía de BIOMASA procede de la madera y residuos agrícolas.-p La biomasa es generada por la energía solar. Las plantas transforman
la energía radiante del Sol en energía química a través de la fotosíntesis, la energía se almacena en forma de materia orgánica.-
p La energía química de la biomasa se recupera quemándola directamente o transformándola en combustible.-
BIOMASA (Leña)
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pUso principal del la Biomasa:n Combustible para uso Industrial y Residencial.-n Combustible para Generación de Energía Eléctrica.-
pPoder calorífico ≈ 2.500 kcal/kg.-
pDesventajas:
BIOMASA (Leña)
pDesventajas:n Requiere importantes extensiones de tierra.-n Alto costo de transporte.-
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p Se denomina ENERGÍA HIDRÁULICA a la que se obtiene del aprovechamiento de las energías potencial y cinética de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas.-
HIDRÁULICA
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p La ENERGÍA EÓLICA es la energía obtenida del viento, es decir, aquella que se obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.-
EÓLICA
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Generador Eléctrico Molinos para elevar agua
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p Incineración de RESIDUOS ORGÁNICOS.-pFermentación de los RESIDUOS ORGÁNICOS
y generación de BIOGÁS.-
RESIDUOS ORGÁNICOS
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pLa energía SOLAR es captada por paneles por los cuales circula agua y es calentada.-
pEl agua se emplea luego como agua caliente de uso sanitario o para calefacción.-
SOLAR TÉRMICA
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pLa energía SOLAR es captada por fotoceldas que transforman esa energía en electricidad.-
SOLAR FOTOVOLTÁICA
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Por la manera en que su consumo afecta a la disponibilidad del recurso:
p NO RENOVABLES: n Son aquellos cuyo consumo afecta la
disponibilidad.-
p RENOVABLES:
CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS
p RENOVABLES:n Son aquellos cuyo consumo no afecta la
disponibilidad.-
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Por el estado de desarrollo de su explotación:
p TRADICIONALES: n Son aquellos cuya explotación está ampliamente
desarrollada y por tanto constituyen la base del suministro energético.-
p ALTERNATIVOS:
CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS
p ALTERNATIVOS:n Son los que están en desarrollo y por lo tanto
son aún marginales en la matriz energética.-
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CONSUMO DE ENERGÍAS PRIMARIAS
3,000 MTep
4,000 MTep
5,000 MTep
6,000 MTep
7,000 MTepConsumo Mundial de Energía Primaria
Petróleo
Carbón
Gas Nat.
Hidráulica
Abril 2008 32
-
1,000 MTep
2,000 MTep
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
Petróleo Gas Natural Carbón Nuclear Hidráulica
HidráulicaNuclear
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CONSUMO DE ENERGÍA MUNDIAL
10,000 MTep
12,000 MTep
14,000 MTep
16,000 MTep
18,000 MTep
20,000 MTep
Consumo Mundial Total de Energía
PROYECCIÓN
Abril 2008 33
-
2,000 MTep
4,000 MTep
6,000 MTep
8,000 MTep
10,000 MTep
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
04
20
10
20
15
20
20
20
25
20
30
Energía
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EVOLUCIÓN DEL PRECIO DEL PETRÓLEO
60 U$S/Barril
80 U$S/Barril
100 U$S/Barril
120 U$S/Barril
Precio del Petróleo
PROYECCIÓN
Abril 2008 34
0 U$S/Barril
20 U$S/Barril
40 U$S/Barril
60 U$S/Barril
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
05
20
10
20
15
20
20
20
25
20
30
Precio Referencia Precio Alto Precio Bajo
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SITUACIÓN ENERGÉTICA NACIONAL
Abril 2008 35
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FUENTES DE ENERGÍA
pEnergía Primaria:
n Petróleo CrudonGas NaturalnHidroenergían Leña
pEnergía Secundaria:
n Supergás y PropanonGasolinas y NaftasnQuerosenonDiesel y Gas OilLeña
n Residuos de Biomasan Carbón Mineral
Diesel y Gas Oiln Fuel OilnOtros Combustiblesn Coquen Carbón Vegetaln Electricidad
Abril 2008 36
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2000
2500
3000
CONSUMO FINAL TOTAL DE ENERGÍA
CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL
0
500
1000
1500
19
65
19
70
19
75
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
05
kte
p
Abril 2008 37
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1000
1200
1400
1600
1800
kte
p
CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR FUENTE
DERIVADOS DE PETRÓLEO
CONSUMO ENERGÉTICO p/FUENTE
0
200
400
600
800
1000
1990 1995 2000 2005
kte
p
GAS NATURAL
LEÑACARBÓN VEG.
CARBÓN MIN.DERIVADOS
RESIDUOS DE BIOMASA
ELECTRICIDAD
Abril 2008 38
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CONSUMO ENERGÉTICO p/FUENTE
Abril 2008 39
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BALANCE ENERGÉTICO EXTERIOR
1000
1200
1400
1600
COMERCIO EXTERIOR DE ENERGÍA SECUNDARIA
IMPORTACIONES
EXPORTACIONES
Abril 2008 40
0
200
400
600
800
1990 1995 2000 2005
kte
p EXPORTACIONES
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600
700
800
900
1000
kte
p
CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR SECTOR
ResidencialComercialServicios
Transporte
Industrial
CONSUMO ENERGÉTICO p/SECTOR
0
100
200
300
400
500
1990 1995 2000 2005
kte
p
AgroPesca
Abril 2008 41
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CONSUMO ENERGÉTICO p/SECTOR
Abril 2008 42
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200
250
300
350
kte
p
CONSUMO FINAL ENERGÉTICOSECTOR RESIDENCIALLEÑA
CARBÓN VEG.
ELECTRICIDAD
CONSUMO ENERGÉTICO RESIDENCIAL
0
50
100
150
200
1990 1995 2000 2005
kte
p
SUPERGÁSPROPANO
DIESEL OILGAS OILFUEL OIL
GAS NATURALGAS DE COQUE
QUEROSENO
Abril 2008 43
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CONSUMO ENERGÉTICO RESIDENCIAL
supergás13%
queroseno1%
diesel oil y gas oil0% fuel oil
4%
electricidad35%
Abril 2008 44
gas natural2%
leña y carbón vegetal
45%
AÑO 2006 ktep
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CONSUMO ELÉCTRICO SECTOR RESIDENCIAL
Abril 2008 45
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CURVA DE CARGA SECTOR RESIDENCIAL
Curva de carga - Dia tipo: Segunda a Sexta Inverno- Verão e Resto do ano
Setor Residencial
500000,00
600000,00
700000,00
800000,00
Inverno
Abril 2008 46
0,00
100000,00
200000,00
300000,00
400000,00
500000,00
hora do día
kW
Verão
Resto do ano
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CURVA DE CARGA SECTOR RESIDENCIAL
150000,00
200000,00
250000,00
300000,00
kW
Ilumninação
Cocção
Conservação dealimentosAquecimento de água
Abril 2008 47
0,00
50000,00
100000,00
hora do día
kW
Ventilação
Aquecimento ambiental
Ferro elétrico
Lavado e secado
Vídeo e Audio