Estudio del comportamiento energetico térmico de edificios de la Universidad de La Frontera Segunda etapa

7/21/2019 Estudio del comportamiento energetico trmico de edificios de la Universidad de La Frontera Segunda etapa

1/183

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA Y CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Estudio del comportamiento energtico trmico de edificios de laUniversidad de La Frontera Segunda etapa.

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS.

PABLO ANDRES DOMINGUEZ CORTESSINDY CAROLINA ESCRIBA BARRIENTOS

- 2010-


2/183

INDICE DE CONTENIDOS

CAPTULO 1INTRODUCCIN

1.1. Exposicin General del Problema........................................................................... 21.2. Objetivos Generales y Especficos .......................................................................... 41.2.1 Objetivo general: ................................................................................................... 41.2.2 Objetivos especficos:............................................................................................. 4

CAPTULO 2CONTEXTUALIZACIN DEL ESTUDIO.

2.1. Introduccin. ........................................................................................................ 62.2. Energa y su clasificacin. ..................................................................................... 72.3. Eficiencia Energtica. .......................................................................................... 112.3.1 Eficiencia Energtica y su potencial ..................................................................... 132.4. Demanda energtica de los edificios..................................................................... 15

2.5 Eficiencia Energtica a Nivel pas......................................................................... 172.5.1 Programa Pas..................................................................................................... 182.5.2 Actulidad ............................................................................................................ 20

2.5.3 La Ciudad de Temuco.......................................................................................... 22

2.5.4 Universidad de La Frontera ................................................................................ 23

CAPTULO 3ACONDICIONAMIENTO TRMICO DE EDIFICIOS.

3.1. Introduccin: ...................................................................................................... 263.2. Transmisin de Calor: ......................................................................................... 263.2.1 Transferencia total de calor a travs de un muro.................................................. 303.3. Sensacin de bienestar- Influencia del medio ambiente. ....................................... 34

3.3.1 Temperatura efectiva: .......................................................................................... 383.3.2 Condiciones de Bienestar: ................................................................................... 403.3.3 Condiciones de Diseo. Estudio de cargas trmicas: ............................................ 423.3.3.1 Condiciones de diseo de las instalaciones de calefaccin y aire acondicionado. .. 423.3.3.2 Cargas trmicas: ................................................................................................. 433.3.4 Ganancias Internas de Calor: .............................................................................. 473.3.5 Ganancias Externas de Calor: ............................................................................. 483.4. Normativa Chilena: ............................................................................................. 48

CAPTULO 4METODOLOGA DE ESTUDIO.

4.1. Introduccin: ...................................................................................................... 514.2. Secuencia de Trabajo: ......................................................................................... 524.2.1 Eleccin de los Edificios a Estudiar:..................................................................... 524.2.2 Verificacin informacin tcnica: ......................................................................... 524.2.3 Levantamiento de Informacin:............................................................................ 524.2.4 Modelacin de Edificios. ...................................................................................... 544.2.5 Obtencin de resultados. ..................................................................................... 544.2.6 Anlisis de Resultados......................................................................................... 56

CAPTULO 5RESULTADOS Y ANALISIS.

5.1. Introduccin: ...................................................................................................... 575.2. Edificios:............................................................................................................. 57


3/183

5.2.1. Edificio Gilberto Montero (R)................................................................................ 575.2.1.1. Resultados: ......................................................................................................... 595.2.2. Fondo de Crdito y Capacitacin (FC). ................................................................. 67

5.2.2.1. Resultados .......................................................................................................... 695.2.3. Sala cuna, Jardn Infantil y la casita del Frente () .............................................. 765.2.3.1. Resultados: ......................................................................................................... 785.2.4. Laboratorios Centrales Departamento Ingeniera Qumica (LC) ............................ 855.2.4.1. Resultados: ......................................................................................................... 875.2.5. Departamento Ingeniera Mecnica y Decanato FICA (DIM). ................................. 955.2.5.1. Resultados .......................................................................................................... 975.2.6. Departamento de Administracin y Economa (L). ...............................................1055.2.6.1. Resultados: ........................................................................................................1075.3. Comparacin Resultados generales. ....................................................................1155.3.1. Demanda de Calefaccin ....................................................................................1155.3.1.1. Edificios Segn Materialidad...............................................................................1165.3.1.2. Demanda de Calefaccin v/s Infiltracin..117

5.3.1.3. Consumo de Combustible..1185.3.1.4. Clasificacin Segn Data119

5.3.2. Clasificacin Edificios........................................................................................120

CAPTULO 6CONCLUSIONES.

6.1 Conclusiones y Comentarios..122

CAPTULO 7BIBLIOGRAFA

7.1 Bibliografia125

ANEXO A.Planos de Edificios en Estudio126

ANEXO B.Tabla de Materiales con valores Trmicos..139


4/183

INDICE DE TABLAS


Tabla 2.1. Energia Secundaria y su Energia Fuente (CNE)..................................................... 9Tabla 2.2. Costos por Unidad de Consumo Evitable para Distintos Tipos de Energia............ 14


Tabla 5.1. Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,

Edificio Pabelln R66Tabla 5.2. Resumen Demandas Anuales,

Edificio Gilberto Montero, Pabellon R66Tabla 5.3. Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,

Edificio Fondo de Crdito y Capacitacin, Edificio FC.75Tabla 5.4. Resumen Demandas Anuales,

Edificio Fondo de Crdito y Capacitacin, Edificio FC.75Tabla 5.5. Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,

Edificio Sala Cuna, Jardn Infantil y la Casita del Frente, Edificio .84Tabla 5.6. Resumen Demandas Anuales,

Edificio Sala Cuna, Jardn Infantil y la Casita del Frente, Edificio .84

Tabla 5.7. Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,Edificio Laboratorios Centrales, Edificio LC............................................................93

Tabla 5.8. Resumen Demandas Anuales,

Edificio Laboratorios Centrales, Edificio LC94Tabla 5.9. Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,

Edificio Departamento de Ingenieria mecanica y Decanato, Edificio DIM..............103Tabla 5.10. Resumen Demandas Anuales,

Edificio Departamento de Ingeniera Mecnica y Decanato, Edificio DIM..104Tabla 5.11 Demanda Anual de Combustible para Calefaccin por Zona,

Edificio Departamento de Administracin y Economa, Edificio L.113

Tabla 5.12. Resumen Demandas Anuales,Edificio Departamento de Administracin y Economa, Edificio L.114


5/183

INDICE DE FIGURAS


Figura 2.1.Grfico Energas Primarias..10Figura 2.2.Grfico Energa Secundarias.................................................................................10

CAPTULO 3 ACONDICIONAMIENTO TRMICO DE EDIFICIOS.

Figura 3.1. Esquemas Sentido del Movimiento de Fluidos Segn su Temperatura.27Figura 3.2.Flujo de Calor28Figura 3.3. Flujo de Calor29Figura 3.4. Transmisin de Calor por Radiacin.30

Figura 3.5.Transmisin de Calor a Travs de un Muro..31Figura 3.6. La Energa Calrica es Emitida al Medio en dos Formas: Calor Sensible y Calor

Latente..35Figura 3.7.Diagrama de Temperaturas Efectivas...39Figura 3.8. Diagrama de Bienestar..41

Figura 3.9. Prdidas de Calor45


Figura 5.1. Edificio Gilberto Montero, Pabelln R................................................................. 57Figura 5.2. Plano Emplazamiento, Edificio Pabelln R.......................................................... 58Figura 5.3. Grfico Ganancias Internas, Pabelln R ............................................................. 59Figura 5.4. Grfico Ganancias Ventilacin e Infiltracion, Pabelln R..................................... 60Figura 5.5. Grfico Ganancias Solares, Pabelln R............................................................... 61

Figura 5.6. Grfico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa, Pabelln R.. 62Figura 5.7. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Pabelln R................................. 64Figura 5.8. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Pabelln R................. 65Figura 5.9. Edificio Fondo de Crdito y Capacitacin, Edificio FC......................................... 67Figura 5.10. Coordenadas absolutas, Edificio FC.................................................................. 68Figura 5.11. Grfico Ganancias Internas, Edificio FC............................................................ 69

Figura 5.12. Grfico Ganancias Ventilacin e Infiltracin, Edificio FC ................................... 70Figura 5.13. Grfico Ganancias Solares, Edificio FC ............................................................. 71Figura 5.14. Grfico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa, Edificio FC 72Figura 5.15. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Edificio FC ............................... 73Figura 5.16. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Edificio FC................ 74

Figura 5.17. Edificio Sala Cuna, Jardn infantil y La Casita del Frente, Edificio ................. 76Figura 5.18. Plano Emplazamiento, Edificio ..................................................................... 77Figura 5.19. Grfico Ganancias Internas, Edificio ............................................................ 78

Figura 5.20. Grfico Ganancias Ventilacin e Infiltracin, Edificio .................................... 79Figura 5.21. Grfico Ganancias Solares, Edificio .............................................................. 80Figura 5.22. Grfico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa, Edificio . 81Figura 5.23. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Edificio ................................ 82Figura 5.24. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Edificio ................. 83Figura 5.25. Edificio Laboratorios Centrales, Edificio LC....................................................... 85

Figura 5.26. Plano Emplazamiento, Edificio LC..................................................................... 86Figura 5.27. Grfico Ganancias Internas, Edificio LC............................................................ 87

Figura 5.28. Grfico Ganancias Ventilacin e Infiltracin, EdificioLC. .................................. 88


6/183

Figura 5.29. Grfico Ganancias Solares, EdificioLC. ............................................................ 89Figura 5.30. Grfico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa, Edificio LC..90

Figura 5.31. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Edificio LC................................ 91Figura 5.32. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Edificio LC................ 92

Figura 5.33. Departamento de Ingeniera Mecnica y Decanato, Edificio DIM . ...................... 95Figura 5.34. Coordenadas Absolutas, Edificio DIM ............................................................... 96

Figura 5.35. Grfico Ganancias Internas, Edificio DIM.......................................................... 97Figura 5.36. Grfico Ganancias Ventilacion e Infiltracion, EdificioDIM ................................. 98Figura 5.37. Grfico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa,

Edificio DIM ........................................................................................................ 99

Figura 5.38. Grfico Ganancias Solares, EdificioDIM ..........................................................100Figura 5.39. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Edificio DIM. ...........................101

Figura 5.40. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Edificio DIM ............102Figura 5.41. Departamento de Administracin y Economa, Edificio L. .................................106

Figura 5.42. Departamento de Administracin y Economa, Edificio L. .................................106

Figura 5.43. Coordenadas Absolutas, Edificio L...................................................................107Figura 5.44. Grfico Ganancias Internas, Edificio L .............................................................107Figura 5.45. Grfico Ganancias Ventilacin e Infiltracin, EdificioL....................................108Figura 5.46. Grafico Distribucin Mensual de Temperatura y Humedad Relativa,

Edificio L............................................................................................................109

Figura 5.47. Grfico Ganancias Solares, EdificioL..............................................................110Figura 5.48. Grfico Demanda de Caleccin y Refrigeracin, Edificio L .................................111Figura 5.49. Grfico Demanda Mensual de Electricidad y combustible, Edificio L.................112

Figura 5.50. Demanda Anual de Calefaccin v/s Ganancias Internas..................................115Figura 5.51. Demanda Anual de Calefaccin v/s Infiltracin...............................................117Figura 5.52. Demandas Anuales de Calefaccin y Comsumo de Combustible. .....................118Figura 5.53. Demanda de Calefaccin v/s Combustible ......................................................118Figura 5.54. Demanda de Calefaccin v/s Ao de Construccin..........................................119Figura 5.55. Clasificacion Segn Categorizacin Usada en Estudio del Comportamiento

Energitrmico de Edificios de la Universidad de La Frontera: Primera Etapa ........120Figura 5.56. Rangos Utilizados para la Clasificacin segn demanda Energtica anual por

Unidad de Superficie ..........................................................................................120


7/183

CAPTULO 1

INTRODUCCION


8/183

Capitulo 1. Introduccin.

Estudio del Comportamiento Energtico-Trmico de Edificios de la Universidad de LaFrontera: Segunda Etapa.2

Captulo 1 INTRODUCCIN

1.1. Exposicin General del Problema.

El impacto de la actividad humana sobre la Tierra es una constante

preocupacin. El aumento en la poblacin supone un consumo excesivo de los

recursos naturales que eventualmente llevar a un agotamiento y escasez de

los mismos.

El aumento de la poblacin implica un incremento en la edificacin, la cual

es responsable en gran parte del consumo de energa y de la contaminacin que

en su conjunto aportan directamente al catastrfico efecto invernadero, el

cual a su vez es responsable de los cambios climticos que afectan

directamente al planeta. Es por esto que nace el concepto de eficiencia

energtica.

Eficiencia energtica se define como el conjunto de acciones que permiten

optimizar la relacin entre la cantidad de energa consumida y los productos y

servicios finales obtenidos. Esto se puede lograr a travs de la implementacinde diversas medidas de gestin, de inversin tecnolgica y de hbitos culturales

en la comunidad. El uso eficiente de energa es fundamental para asegurar la

conservacin de recursos y beneficiar a todos los sectores de la poblacin. Los

consumidores ahorran dinero, se reduce la contaminacin, las empresas e

industrias pueden incrementar sus ganancias y su productividad y las

generadoras y distribuidoras de energa graduar las inversiones. Cada kilowatt

hora que pueda ser ahorrado reduce las emisiones de CO2 y la necesidad de

invertir en nueva infraestructura de generacin y transporte.

El severo impacto de los materiales de construccin, su proceso

constructivo, la mantencin, funcionamiento de la edificacin actual sobre el

medio ambiente, puede ser atenuado a travs de mecanismos que hagan de la

edificacin una entidad autosuficiente energticamente. Es por esto que el

concepto de edificacin autosuficiente o sustentable nace producto de la


9/183



necesidad de conservacin de los recursos agua, tierra, aire; del uso eficiente de

la energa y la bsqueda de recursos alternativos que mejoren las condiciones

de habitabilidad, independencia energtica y respeto medioambiental. Todasellas trabajando conjuntamente para desarrollar estrategias y sistemas

alternativos de abordaje de la accin constructiva.

Actualmente los pases desarrollados han abordado el abastecimiento

energtico como un tema prioritario para poder mantener sus actuales ritmos

de crecimiento y proteger el medio ambiente, sirvindole adems para dar

cumplimiento a las restricciones que plantea el Protocolo de Kyoto respecto a

reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero. Teniendo como metala sustitucin de su base energtica convencional por energas renovables

provenientes de fuentes no convencionales. Pases en vas de desarrollo, en

especial los latinoamericanos, enfrentan el dilema de enfocar sus esfuerzos

institucionales entre el desarrollo industrial, tecnolgico y de servicios;

actividades que tradicionalmente se asocian a un incremento en los consumos

de energas, utilizando directamente los recursos naturales y las fuentes de

energa. En Chile el PIB est acoplado al aumento del consumo de energa,provocando una tensin permanente sobre los recursos energticos y el

patrimonio ambiental del pas. Entre los aos 1993 al 2003 si el PIB aument

de un 30% a un 110%, mientras que el consumo de energa lo hizo de un 10%

a ms de un 90%.

Un edificio energticamente eficiente es aquel que minimiza el uso de las

energas convencionales, en particular la energa no renovable, a fin de ahorrar

y hacer un uso racional de la energa. Es necesario precisar que la eficienciaenergtica es medible, para lo cual se establecen criterios para definir la

energa total utilizada, tambin denominada rendimiento energtico. En la

medida que el consumo de energa por unidad de producto producido o de

servicio prestado sea cada vez menor, aumenta la eficiencia energtica. Tanto la

tecnologa disponible, como los hbitos responsables, hacen posible un menor


10/183



consumo de energa, mejorando la competitividad de las empresas y la calidad

de vida personal.

1.2. Objetivos Generales Y Especficos

1.2.1. Objetivo general:

Diagnosticar el comportamiento energtico-trmico, mediante el clculo

de resistencias y transmitancias, que permitan evaluar los problemas o

deficiencias de las edificaciones pertenecientes al Campus Andrs Bello de la

Universidad de La Frontera de la ciudad Temuco.

1.2.2. Objetivos especficos:

- Obtener una base de datos caracterizada con antecedentes contextuales

de los edificios seleccionados.

- Diagnstico energtico-trmico de los edificios.

- Identificar y evaluar los principales problemas energtico- trmicosdetectados en los edificios seleccionados.


11/183

CAPTULO 2

CONTEXTUALIZACIN DEL ESTUDIO


12/183

Captulo 2. Contextualizacin del Estudio.


Captulo 2 CONTEXTUALIZACIN DEL ESTUDIO.

2.1. Introduccin.

La sociedad actual necesita un alto consumo energtico, para mantener

su nivel de vida y de confort. Es por esto, que el desafo mayor es la bsqueda

de un desarrollo sostenible, para mantener el nivel de actividad, transformacin

y de progreso, pero ajustando las necesidades a los recursos naturales

disponibles y de este modo evitar el derroche energtico.

Por otra parte, la creciente preocupacin por la conservacin del medio

ambiente y en particular el cambio climtico, est llevando a los gobiernos detodo el mundo, incluyendo a Chile, a la bsqueda de soluciones capaces de

corregir dicho efecto. Consecuencia de esta preocupacin es el protocolo de

Kyoto, que los pases de la Unin Europea se comprometieron a cumplir, para

lo cual una de las medidas recomendadas para alcanzar los objetivos

propuestos es, en primera instancia, el fomento del ahorro y la eficiencia

energtica en todos los sectores (Industrial, comercial y minero).

Debido a que el consumo energtico del sector edificacin representa el

40% de la energa final consumida en Chile, es evidente que el fomento de la

eficiencia energtica constituye una parte importante del conjunto de polticas y

medidas necesarias para cumplir con el protocolo de Kyoto, acuerdo firmado el

11 de Diciembre de 1997, en la ciudad de Kyoto, en el cual los pases

industrializados se comprometieron a ejecutar un conjunto de medidas para

reducir los gases del efecto invernadero. El 16 de Febrero de 2005, recin toma

vigor y en noviembre de 2009, 187 estados han signado y ratificado elprotocolo.


13/183



2.2. Energa y su clasificacin.

El trmino energa (del griego /energeia, actividad, operacin;

/energos=fuerza de accin o fuerza trabajando) tiene diversasacepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para

obrar, transformar o poner en movimiento. Anlogamente, en fsica, energa se

define como la capacidad para realizar un trabajo.

En consecuencia, Energa y trabajo son equivalentes y, por tanto, se

expresan en las mismas unidades. El calor es una forma de energa, por lo que

tambin hay una equivalencia entre unidades de energa y de calor. La

capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de tiempo es la

potencia.

Potencia es la relacin entre el trabajo realizado y el tiempo empleado. Se

mide en vatios, W, en el Sistema Internacional. La potencia mide la rapidez con

que se efecta un trabajo, es decir, la rapidez con que tiene lugar la

transferencia de energa desde un cuerpo a otro.

Una de las distinciones ms importantes que se puede hacer con respecto alos tipos energa, es la fuente de la cual proviene, de esto se obtienen dos tipos;

primarias y secundarias. La primera clasificacin encierra a todas aquellas

energas que provienen de la naturaleza directa (energa hidrulica, biomasa,

elica, lea y solar) o indirecta (despus de atravesar por un proceso minero)

sin pasar por un proceso de transformacin.

Las energas primarias se clasifican en Renovables, si estas son obtenidas

desde fuentes virtualmente inagotables, debido a su gran cantidad de energa y

a su capacidad de regenerarse por medios naturales; y en No Renovables, si

estas se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de

consumo es mayor que la de su regeneracin.


14/183



Fuentes energticas primarias renovables.

-

Biomasa

-

Solar

-

Elica

-

Geotermia

-

Hidroenerga

Fuentes energticas no renovables.

-

Carbn mineral

-

Nuclear

-

Gas natural-

Petrleo crudo.

Las energas secundarias son todas aquellas que derivan de un proceso de

transformacin o elaboracin de recursos energticos primarios. Este proceso

de transformacin puede ser fsico, qumico o bioqumico, de esta forma se

modifican sus caractersticas iniciales.

Dentro de los energticos secundarios se distinguen los grupos derivadosdel; Petrleo, Gas Natural, y Carbn. Siendo tambin considerados energticos

secundarios la electricidad, gas de ciudad y biogas.

La Comisin Nacional de Energa (CNE), para hacer un balance sobre el

consumo energtico secundario y establecer el consumo final del pas considera

tambin; el carbn, gas natural y biomasa como energticos secundarios, ya

que estos adems de ser fuentes para otro energtico, tambin son consumidos

a nivel final.

El carbn, es lavado y secado, la biomasa es extrada y secada, y el gas

natural es extrado y olorizado.


15/183



Tabla 2. 1. Energa secundaria y su energa fuente (CNE).

De esta forma se puede establecer que los energticos fuente son

trasformados o preparados fsicamente para facilitar su consumo final.

Energtico Fuente Energtico Secundario

Petrleo Crudo Petrleos Combustibles, Alquitrn, Diesel,Gasolina 93, 95 y 97, Gasolina de Aviacin,Kerosene de Aviacin, Kerosene, Nafta, Gaslicuado (GLP), Gas de refinera, Coque depetrleo (Petcoke)

Carbn mineral Coque mineral, Gas Coque, Gas de AltosHornos, Alquitrn

Gas natural Metanol, Gas Licuado (GNL)

Petrleo Combustible,

Diesel, Gas Natural,Carbn, Biomasa, Hdrico,

Biogas, Elica, Solar

Electricidad

Gas Licuado, Gas Natural Gas de ciudad

Biomasa Biogs


16/183



Figura 2. 1. Grfico Consumo Energas Primarias Balance ao 2006.

Figura 2. 2. Grfico Consumo Energas Secundarias Balance ao 2006.


17/183



2.3. Eficiencia Energtica.

Eficiencia Energtica segn la Real Academia Espaola (RAE) es la

ptima utilizacin de los recursos disponibles para la obtencin de resultadosdeseados"

EE = Energa til (2.1)Energa total utilizada

Tambin se le denomina rendimiento energtico, puesto que es una medida

del consumo de energa por unidad de producto producido o de servicio

prestado.

Normalmente cuando se habla de eficiencia energtica se piensa en ahorrode electricidad. Pero la definicin de eficiencia y de energa desde una

perspectiva ecolgica global involucra mucho ms que eso. El ser humano

tiende a confundir la eficiencia: utilizacin ptima de un recurso, con eficacia,

vale decir rapidez de un resultado esperado. La eficiencia energtica, por tanto

no es ms que la utilizacin optima del recurso Energa (fuerza de accin o

actividad) en un tiempo y espacio determinado.

La industria es uno de los sectores de la sociedad ms necesitados del

ahorro de energa, ya que son estas las que representan el mayor consumo y

gasto energtico a nivel mundial. Por esta razn se han creado estrategias de

ahorro y una de las tcnicas ms utilizadas para el ahorro de energa industrial

es la cogeneracin.

Cogeneracin, es el procedimiento mediante el cual se obtiene

simultneamente energa elctrica y energa trmica til; vapor, agua caliente

sanitaria.

La ventaja de la cogeneracin es su mayor eficiencia energtica ya que se

aprovecha tanto el calor como la energa mecnica o elctrica de un nico

proceso, en vez de utilizar una central elctrica convencional y para las

necesidades de calefaccin, una caldera convencional.


18/183



La eficiencia energtica es la gran preocupacin del siglo XXI. Esta al ser un

recurso no renovable contempla el listado de inversiones de los pases ms

desarrollados. .

El sector de la construccin es clave en el consumo de energa estimndose

que los edificios representan alrededor del 40% del consumo de energa, y el

ahorro potencial de energa que se puede desarrollar en los mismos supera el

20%.

Otro tema importante de analizar, es la diferencia de energa consumida en

los pases desarrollados y los pases que estn en vas de desarrollo. El 22.6%

de la poblacin que vive en pases desarrollados consume el 73% de la energa

comercial usada en todo el mundo, sea cada uno de las personas que habita

un pas desarrollado consume diez veces ms energa que una persona que

habita un pas no desarrollado

Hoy en da, el consumo de energa en los pases desarrollados se ha

estabilizado o crece muy poco, debido a que la energa se utiliza con mayor

eficiencia. Pero todava, las cifras de consumo por persona son muy elevadas.

Por el contrario en los pases en desarrollo el consumo por persona de energa

est creciendo, debido a que para progresar se requiere de ms y ms energa.

El consumo de energa en el mundo desde el 2004 y hasta el 2030 se

incrementar en un 57%, pese a que se estima que el precio del gas natural y

petrleo siga en aumento.

En el informe "Internacional Energy Outlook 2005 (IEO 2007)" se prev que

el consumo de energa en el mercado experimente un incremento medio de un

2,5% por ao hasta 2030 en los pases ajenos a la OCDE, entre ellos Chile,

mientras que en los pases miembros ser tan solo del 0,6%; as, durante este

periodo, los pases OCDE incrementarn su demanda energtica en un 24%,

mientras que el resto de pases lo harn al 95%.


19/183



2.3.1. Eficiencia Energtica y su potencial.

A nivel mundial la intensidad energtica (relacin entre insumo energtico y

PIB), ha disminuido en el promedio del 1,5% anual en las ltimas dos dcadas.A simple vista esto podra ser alcanzable en Chile, pero en las ltimas dcadas

el crecimiento econmico y del consumo energtico no han logrado

desacoplarse.

Las potencialidades dependen en gran parte de la estructura productiva, de

las tendencias pasadas y de cambios tecnolgicos. En el ao 2004 y 2008 se

llevaron a cabo dos estudios para estimar el potencial general de eficiencia

energtica, el cual arroj un resultado de entre 1,5% y 1,9% anual general, convariaciones importantes entre los distintos sectores de consumo de acuerdo a la

tabla siguiente:


20/183



Tabla 2. 2 Costos de Unidad de Consumo Evitable para distintos tipos deenerga.

Estos clculos nos permiten establecer los rangos de costos de la accin de

eficiencia energtica, o costo de unidad de consumo evitada, son muy amplios

porque hay una gran variedad de situaciones que influencian este costo, tales

como el tamao, precio y tipo de tecnologa especifica usada, y las horas de uso

de las tecnologas.

En la mayora de los casos, la accin de eficiencia energtica es

econmicamente ms eficiente que la opcin de seguir consumiendo con las

tecnologas existentes.


21/183



Los resultados del estudio, indican que las estimaciones previas, de un 1,5%

anual de eficiencia energtica, fueron muy realistas. Este potencial de ahorro

constituye aproximadamente un 21% del total de la demanda.

Dicho esto, se podra decir que la Eficiencia Energtica es una fuente de

energa como las otras, tiene un gran potencial y puede competir libremente. No

habra necesidad que se gasten recursos pblicos en esto o que se viole el

principio de no favoritismo de ninguna fuente energtica. Sin embargo, existen

varias razones por las cuales este sera el camino equivocado, que se

encuentren por un lado en el hecho de que los recambios y las acciones de

eficiencia energtica, aunque a primera vista econmicamente rentables,muchas veces no se materializan a nivel empresas y consumidores individuales,

y que por otra parte hay un inters pblico en esta materializacin.

Esto se relaciona con la existencia de externalidades, las imperfecciones de

mercado, los elevados costos de transaccin para este tipo de proyectos y el

efecto gatillado que puede tener la inversin pblica en la inversin privada.

2.4. Demanda energtica de los edificios.

Demanda energtica, es la cantidad de energa que debe adicionarse o

quitarse de un edificio, para alcanzar el confort trmico. Esta puede variar

segn:

-

La forma del edificio.

- El comportamiento trmico de la envolvente.

El diseo de la forma vara segn la relacin entre la superficie y el volumen,

es decir entre el espacio de uso que deber tener una temperatura de confort y

la superficie que lo cubre del exterior a la que llamamos envolvente. Los

volmenes grandes son ms efectivos trmicamente porque tienen menos

superficie por unidad de volumen.


22/183



El comportamiento trmico de la envolvente depende de la cantidad de calor

que permita pasar cada parte de ella. La cantidad de calor que pasa en una

hora a travs de un material de un metro cbico de volumen con una diferencia

de temperatura de un centgrado se llama conductividad trmica (). Pero para

poder evaluar el paso de calor de un elemento de la envolvente debemos

superponer varios materiales (adems de las resistencias superficiales), por

esta razn se hace necesario calcular la resistencia trmica (R), que se define

como la sumatoria de la divisin entre el espesor del material y su

conductibilidad trmica. Luego, para seguir calculando el paso del calor y no la

resistencia al paso, calculamos la conductancia trmica (K), que mide la

cantidad de calor transferido a travs del material en un tiempo y superficie

unitarios, para un espesor especfico.

La energa trmica que haga falta para llegar a una temperatura de confort

habr que adicionarla o quitarla, segn sea necesario. Para condiciones

invernales habr que adicionar energa trmica que podemos obtener de los

diferentes medios de calefaccin como lo son el gas y la electricidad en sus

diferentes modalidades: calefactor, radiadores por agua caliente, pisos

radiantes por calentamiento de agua caliente; o tambin podemos usar aire

acondicionado. Una forma de energa gratuita es la que nos provee el sol,

dependiendo de la latitud en la que nos situemos y del clima, podemos

aprovechar esta energa para salvar la demanda de energa, esta forma de

aprovechamiento energtico es una parte de lo que se conoce como

bioclimatismo.

Bioclimatismo: consiste en el diseo de edificaciones teniendo en cuenta lascondiciones climticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetacin,

lluvia, viento), para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los

consumos de energa.

Es importante recordar que las variables que determinan la demanda

energtica de un edificio, denominadas Factores de demanda, son las que

afectan a la propia curva de carga y al horario de funcionamiento, y entre ellas


23/183



se incluyen el clima exterior, la epidermis edificatoria y las caractersticas

ocupacionales y funcionales del edificio. Por tanto, la demanda energtica del

edificio no depende en absoluto del sistema de climatizacin.

El desarrollo de la metodologa de Anlisis Energtico de Edificios (AEE),

utiliza como punto de partida los datos constructivos del edificio que se va a

calificar y los datos meteorolgicos de la zona donde se ubica. A partir de esto y

con un programa de clculo de cargas trmicas, mediante el mtodo de

funciones de transferencia de calor, se calcula la demanda de calefaccin y

climatizacin del edificio, para los meses de invierno y verano.

Es importante destacar que cuando se habla de carga trmica de calefaccin

se refiere a prdidas de calor y en el caso contrario de carga trmica de

climatizacin se refiere a ganancias de calor, donde la radiacin solar, la

orientacin y la latitud son parmetros muy importantes.

Una vez obtenidas las demandas energticas del edificio, se calcula el

consumo energtico, haciendo uso del concepto rendimiento medio estacional,

que depender de la instalacin elegida (caldera convencional, caldera de

condensacin o bomba de calor). Para entender la relacin entre demanda y

consumo, es necesario tener en cuenta que el edificio presenta inicialmente una

demanda energtica y que el sistema consume una cierta energa para generar

esa demanda. La relacin entre la demanda y consumo energtico es el

rendimiento del sistema.

Posteriormente, a partir del consumo energtico obtenido, se calculan las

emisiones de dixido de carbono a la atmsfera, que constituyen el principiobsico en el criterio de evaluacin mediante el mtodo AEE.

2.5. Eficiencia Energtica a nivel Pas.

En Chile el debate con respecto al futuro energtico est activo, producir

ms con menos consumo energtico puede mitigar la necesidad de recurrir a

ms y ms fuentes para su generacin.


24/183



Chile, no est ajeno al tema. Nuestro pas progresivamente invierte recursos

en Eficiencia Energtica. Pasando de 500 millones de pesos en el ao 2006 a

1.500 millones de pesos en el 2007, para luego subir a los 6.500 millones de

pesos en el 2008, 19.500 millones de pesos en el ao 2009.

En el primer semestre del ao 2008 el gobierno, junto con la asociacin de

empresas elctricas, implement una exitosa campaa de ahorro de energa, en

la cual hizo un llamado a todos los chilenos a sumarse a esta campaa con el

fin de evitar posibles cortes de energa elctrica programados. Dicho llamado

tuvo gran acogida y dio como resultado una significativa baja en el consumo.

Entre marzo y junio del 2008 la demanda real baj entre 2,6% y 5,3%,comparada con el mismo periodo del ao anterior.

Es interesante mirar en este contexto el comportamiento histrico del

consumo energtico durante, inmediatamente despus y varios meses despus

de campaas de ahorro. Despus de Junio de 2008 las tendencias han sido

nuevamente a un aumento del consumo energtico.

Para no confundirse, hay que aclarar que la eficiencia energtica se

diferencia del tema del ahorro. No todo ahorro significa eficiencia energtica.

Pero toda eficiencia energtica s significa ahorro.

2.5.1. Programa Pas

El 24 de Enero de 2005, el Gobierno de Chile impuls y convoc la

participacin de una serie de actores pblicos y privados, y encarg al

Ministerio de Economa, Fomento y Reconstruccin la puesta en marcha e

implementacin del Programa Pas de Eficiencia Energtica (PPEE), que buscaconsolidar el uso eficiente como una fuente de energa, con el fin de contribuir

al desarrollo energtico sustentable de Chile.

Su creacin se basa en una evaluacin de desempeo ambiental realizada

al pas el ao 2005 por la Organizacin para la Cooperacin y el Desarrollo


25/183



Econmico (OECD), el que resalt en sus recomendaciones la importancia de

incorporar la eficiencia energtica en el desarrollo de la nacin.

Junto con lo anterior, el Gobierno chileno public el 16 de Febrero del2005 la firma del Protocolo de Kyoto de la Convencin Marco de las Naciones

Unidas sobre el Cambio Climtico, en el que se establece la necesidad de los

pases firmantes de asegurar: "el fomento de la eficiencia energtica en los

sectores pertinentes de la economa".

El PPEE, que desde Enero del 2008 es parte de la Comisin Nacional de

Energa, ha contribuido al desarrollo energtico sustentable de Chile,

impulsando junto a otras instituciones pblicas y privadas grandes avances

como la reduccin de la demanda energtica en el Sistema Interconectado

central (SIC) del 2,6% entre Marzo del 2008 y Marzo del 2009, en comparacin

a igual perodo del ao anterior, y la instalacin definitiva de la Eficiencia

Energtica como uno de los pilares de la poltica energtica nacional y como un

tema relevante en materia del uso de la energa.

Objetivos Programa Pas:

Establecer las bases institucionales y el marco regulatorio para la

Eficiencia Energtica.

Desarrollar incentivos y herramientas de apoyo para la Eficiencia

Energtica.

Desarrollar informacin til y disponible para la toma de decisiones

pblicas y privadas, colectivas e individuales.

Posicionar e introducir la Eficiencia Energtica en todos los niveles de

formacin, formal y no formal.

Aprovechar experiencia e instrumentos internacionales para acelerar

el desarrollo de la Eficiencia Energtica y medir la reduccin de

emisiones generadas.


26/183



Fortalecer la gestin institucional a travs de la calidad de sus

procesos.

mbitos de Accin.

Trabajar las polticas de Eficiencia Energtica que debe adoptar el pas, de

manera de generar un marco regulatorio adecuado y establecer un plan de

accin en el mediano y largo plazo que permita desarrollarnos de manera activa

en esta materia.

Desarrollar instancias de educacin, difusin y posicionamiento de la

Eficiencia Energtica como una fuente esencial de energa; trabajando con la

ciudadana y con los principales sectores de consumo energtico del pas tales

como la industria, transporte, vivienda, construccin, comercio, minera y

sector pblico.

En el mbito tcnico, se desarrolla un trabajo que busque optimizar el

consumo energtico de los diferentes sectores productivos y entregar las

herramientas necesarias para que el sector industrial implemente medidas de

Eficiencia Energtica y visualice sus reales potenciales de ahorro.

Incentivar el recambio a tecnologa eficiente, tanto a nivel de los hogares,

como de los procesos industriales.

2.5.2. Actualidad.

El 11 de Mayo del ao 2010, en Washington DC, Chile fue honrado por sus

logros en eficiencia energtica ante mas de 800 personas de 39 pases, quienes

participaron del Foro Global de Eficiencia Energtica que se realiza en

Washington DC, el galardn distingue a quienes a nivel mundial se han

destacado en el fomento de la eficiencia energtica.

Esto constituye un reconocimiento importante de los logros del pas en esta

materia. La eficiencia energtica es un elemento clave de nuestra estrategia de


27/183



largo plazo, ya que podra cubrir un 20% del aumento de la demanda que

tendr el pas para el 2020.

Entre los logros de Chile est ser el primer pas en Sudamrica en establecerestndares trmicos para viviendas y haber creado programas de etiquetado de

eficiencia energtica de artefactos. La ONG Alliance to Save Energy tambin

destaca el desarrollo de Chile E3, la estrategia de eficiencia energtica para el

ao 2020, y la prxima creacin de la Agencia Chilena de Eficiencia Energtica.

La ansiada independencia energtica de Chile no se lograr alcanzar en los

prximos 20 aos. As se desprende de un estudio realizado por la Universidad

de Chile y encargado por el gobierno, que proyecta la evolucin de la demanda

energtica del pas en un horizonte de largo plazo.

El anlisis deja en evidencia que Chile seguir dependiendo del petrleo y

sus derivados, combustibles que al 2030 representarn el 67% de la matriz

energtica del pas. Hoy, ese aporte alcanza al 55%.

Lo ideal es diversificar para no depender mucho de un combustible, pero esa

realidad no se dar porque Chile no tiene sustitutos. Una opcin es impulsar eluso del gas natural, aunque no es barato.

En general, todos los combustibles subirn su consumo en las prximas dos

dcadas. No obstante, cambiar el peso de cada uno de ellos en la matriz

energtica del pas. El informe muestra que el carbn, gas natural y lea

perdern peso relativo. El carbn pasar de representar 1,85% en 2009, a slo

0,71% en 2030. El gas natural bajar del actual 4,64% a 1,57%, y el peso de la

lea retroceder de 16,76% a 11%.

Segn el estudio, en el perodo la participacin de la electricidad no variar

de manera relevante y pasar del actual 18,17% a 17,65% en 2030.


28/183



2.5.3. La Ciudad de Temuco

Fue fundada el 24 de febrero de 1881 en un entorno privilegiado, cuyo

lmite sur fue el Ro Cautn y a pocos kilmetros del Cerro ielol.Estuvo a cargo del Ministro Manuel Recabarren quien cre el Fuerte

Recabarren o Temuco, conformado por el Ejrcito de Chile e inmigrantes de

diversas nacionalidades.

Temuco se caracteriza por ser una de las ciudades de ms reciente

fundacin del pas. Su moderna infraestructura, su arquitectura

contempornea y centros comerciales la definen como una importante ciudad

de la zona sur. Aqu podemos encontrar Universidades tales como: Universidadde la Frontera, Universidad Catlica de Temuco, Universidad Autnoma de

Chile (ex-Autnoma del Sur), Universidad Mayor, Universidad Santo Toms

(Chile), entre otras. Entre sus atractivos se encuentra el Cerro ielol, nico

monumento natural a cuadras de una ciudad, el Museo Nacional Ferroviario

Pablo Neruda, el Museo Regional de la Araucana. Creado en 1940, se dedica a

la antropologa y etnologa mapuches, as como tambin a la historia de la

conquista y pacificacin de la Araucana. Su valiosa coleccin se presenta enlas temticas y en una sala educativa interactiva., el Parque Estadio Municipal

Germn Becker, la Avenida Alemania, con grandes centros comerciales,

edificaciones residenciales, restaurantes y el nuevo casino de juegos, spa y

resort Dreams inaugurado en Enero de 2009.

Si bien la regin de la Araucana es la segunda ms pobre de Chile, con un

ingreso per cpita de 6.200 dlares (similar al de Angola), la ciudad de Temuco

concentra la mayor parte de la riqueza de la regin por lo que se ubica

paradjicamente como una de las ms ricas de Chile junto con Antofagasta,

Punta Arenas y Santiago, esto desprendido de las cifras de consumo tanto en

supermercados como en centros comerciales. Ubicndose en su zona

metropolitana fbricas reconocidas a nivel internacional como Rosen y Soprole

entre otras, sobre todo relacionadas con la industria del mueble.


29/183



Considerada una de las ciudades con mayor crecimiento econmico de los

ltimos 10 aos y la cuarta en entregar ms profesionales al pas, Temuco

tambin ocupa el segundo lugar en las ciudades ms contaminadas del pas

luego de la Regin Metropolitana, dicho nombramiento dice relacin con el

tipo de calefaccin que utilizan los habitantes de la novena regin. Alrededor de

un 80% de las familias de la regin se calefacciona con lea y el 20% restante

se divide en combustibles como parafina y/o electricidad. Por cuanto el desafo

de la eficiencia energtica y mejoramiento de los sistemas de calefaccin, tanto

en los hogares como edificios es hoy una preocupacin permanente de quienes

investigan y quienes viven en esta regin.

2.5.4. Universidad de La Frontera

Ubicada en Chile, Regin de La Araucana, la Universidad de La Frontera,

UFRO, es una institucin de educacin superior pblica y estatal, considerada

una de las ocho mejores universidades del pas, por sus notables indicadores

de calidad y excelencia.

Nace como institucin autnoma el 10 de marzo de 1981, tras la fusin de

las sedes de la Universidad de Chile y la Universidad Tcnica del Estado, con la

misin de contribuir al desarrollo de su entorno inmediato y de Chile, mediante

la generacin y transmisin de conocimiento, la formacin de profesionales y

post-graduados, el cultivo de las artes y de la cultura, manteniendo su

compromiso con la calidad y la innovacin, con el respeto por las personas, la

naturaleza y la diversidad cultural, con la construccin de una sociedad ms

justa y democrtica.

Esta Universidad lidera la oferta de pregrado y de postgrado en la regin,

educndose en sus aulas ms de 8.000 futuros profesionales, repartidos en

cuatro Facultades, 39 carreras y una moderna infraestructura de 93 mil metros

cuadrados construidos. Ms la implementacin de 60 programas de Magster,

Doctorado y Especialidades Mdicas.


30/183



Adems la Universidad de La Frontera lidera en el sur de Chile por su

amplio aporte al pas en materia de investigacin cientfica y ambiental cuenta

hoy con 5 institutos interdisciplinarios de Desarrollo: Agroindustrias, Medio

Ambiente, Estudios Indgenas, Instituto de Desarrollo Regional e Informtica

Educativa. Todos ellos orientados a la produccin de conocimiento en funcin

del desarrollo regional de la Araucana.

Cuenta con tres Centros de Excelencia: Biotecnologa en Reproduccin,

Modelacin y Computacin Cientfica y Capacitacin y Gestin para la Salud

Basada en la Evidencia.

Finalmente, tiene un Ncleo de Desarrollo Cientfico-Tecnolgico, BIOREN,

significativo logro en la perspectiva no solo regional, sino sobre todo nacional.

Entre el 2006 y el 2008, la excelencia tiene cifras: la UFRO ha crecido 65%

en Publicaciones ISI, 36% en SCIELO, 33% en proyectos FONDECYT; un 50%

(incluyendo especialidades mdicas) en Programas de Postgrado; tendencia

sostenida en el crecimiento de convenios con Universidades nacionales y

extranjeras, adquiriendo consistencia y un amplio impacto en nuestra

cobertura de proyectos vinculados al desarrollo econmico y social de la regin

de la Araucana.

Tambin preocupada de la insercin profesional de sus ex estudiantes, ha

creado los Crculos de Titulados, iniciativa impulsada por el Centro de

Innovacin Profesional, que inici sus actividades en el curso del ao 2009.

De esta forma la Universidad de La Frontera se convierte en un campo de

investigacin auspicioso en materia de eficiencia energtica, ya que su abierta

disposicin a la investigacin y creacin de estudios que generen un

mejoramiento de la calidad de vida y aporte al desarrollo econmico, social y

cultural de la Regin de La Araucana nos permiten confiar en el desarrollo de

un estudio serio y de proyeccin.


31/183

CAPTULO 3

ACONDICIONAMIENTO TRMICO DEEDIFICIOS


32/183

Captulo 3. Acondicionamiento Trmico de Edificios.


Captulo 3 ACONDICIONAMIENTO TRMICO DE EDIFICIOS.

3.1. Introduccin:

El acondicionamiento del aire de un local permite lograr condiciones

ambientales satisfactorias para las personas que lo ocupan, consiguiendo as

su bienestar.

El bienestar de las personas se logra manteniendo el aire del local en

condiciones adecuadas en cuanto a su calidad y requerimientos higrotrmicos.

Los requerimientos higrotrmicos se corresponden con la temperatura y

humedad que se requiera pro proyecto para el interior de un recinto. Para ello

el aire del local deber ser calentado, enfriado, humidificado o deshumidificado,

segn sean las condiciones del aire exterior.

3.2. Transmisin de Calor:

Conocer los fundamentos de la transmisin de calor permite determinar las

prdidas o ganancias que se producen en el recinto. Entre el interior y el

exterior del recinto existen diferencias de temperatura y humedad, de estemodo, el interior del recinto tiende a ceder o absorber calor dependiendo si la

temperatura interior es menor o mayor que la exterior.

Segn el segundo principio de termodinmica de Clausius, el calor fluye

espontneamente, desde la fuente con mayor temperatura a una de menor

temperatura, hasta que ambas se igualan. Luego, segn sea la temperatura del

recinto respecto de la exterior, se afirma que existen prdidas o ganancias en el

local.

En fsica existen tres procesos de transmisin de calor definidos claramente:

- Conveccin. - Conduccin. - Radiacin.

Transmisin de Calor por Conveccin: Esta forma de propagacin del

calor se produce en los fluidos (lquidos y gases) por un movimiento real de la


33/183



materia. Este movimiento se origina por la disminucin de la densidad de los

fluidos con el aumento de temperatura (los hace ms livianos por unidad de

volumen) que produce un ascenso de los mismos al ponerse en contacto con

una superficie ms caliente y un descenso en el caso de ponerse en contacto

con una superficie ms fra.

Figura 3. 1 En los esquemas el sentido del movimiento de fluidos cambia si su

temperatura (t1) es mayor o menor que la del muro (t2).

Transmisin de Calor por Conduccin: Esta forma de transmisin del

calor se origina en slidos, en los cuales la energa trmica (en forma de energa

cintica) se propaga por vibracin de molcula a molcula, en el sentido

decreciente de las temperaturas, sin producirse desplazamiento molecular.

Hay materiales que conducen el calor a mayor velocidad, dependiendo de su

conductividad. Por ejemplo, los metales son mucho ms conductivos que otros

materiales usados comnmente en construccin.

La transmisin de calor por conduccin se establece por medio de un

coeficiente de conductividad trmica , el cual es determinado para cadaelemento en particular.

En el caso de una pared plana, de constitucin homognea, la cual es

atravesada por un flujo de calor constante en el tiempo,

(3.1)


34/183



Simbologa Unidades

Coeficiente de conductibilidad trmica

que depende del material del muro.

(W/(K*m)

rea del muro. (m) Temperatura de la cara ms caliente. (K) Temperatura de la cara ms fra. (K) Espesor del muro. (mt.)

Figura 3.2 Flujo de calor desde la temperatura de la cara ms caliente (t1) a la

temperatura de la cara ms fra (t2).


35/183



Figura 3.3 Si el flujo de calor es a travs de un muro compuesto la expresin queda

como:

(3.2)

Transmisin de Calor por Radiacin:La forma de transmisin de calor se

produce de un cuerpo a otro, sin que exista un contacto directo con el otro

cuerpo, en forma de energa radiante.

Un cuerpo caliente transforma parte de su contenido de calor en energa de

radiacin, emitindola en formas de ondas en todas las direcciones en sentido

radial, estas ondas son absorbidas por otros cuerpos, las cuales se manifiesta

en forma de calor sensible.

La funcin que rige esta forma de propagacin de la energa es:

(3.3)

Simbologa Unidades

Cantidad de calor, transmitido porradiacin.

(W)


36/183



Coeficiente de radiacin, dependedel tipo de superficie y forma deemisin.

(W/h*m*k)

rea. (m) Temperaturas absolutas de los dos

cuerpos.(K)

Figura 3.4 Transmisin de calor por radiacin.

3.2.1. Transferencia total de calor a travs de un muro

En un muro, donde una de sus caras se encuentra a una temperatura del

aire mayor que la otra, se genera un flujo de calor desde la cara ms caliente

haca la ms fra, en este flujo intervienen las tres formas de transmisin de

calor ya mencionadas.


37/183



Figura 3.5 Transmisin de calor a travs de un muro.

Analizando el proceso de transmisin de calor, se puede determinar qu:

Etapa I:

Transmisin de calor desde el aire interior a la cara interna de la pared.

La transferencia se realiza por conveccin a travs de la capa del aire decontacto y radiacin de los elementos ms calientes hacia la pared considerada.

(3.4)

Simbologa Unidades

Cantidad de calor transmitido porradiacin y conveccin por hora.

(W)

1: Coeficiente pelicular interiorsuperficial del calor. (W/h*m)

rea de la pared. (m) Temperaturas del aire interior. (K)

Temperatura de la cara interna de lapared.

(K)


38/183



Etapa II:

Transmisin de calor a travs del cuerpo, se realiza por conduccin. La

cantidad de calor que se transmite es:

(3.5)

Simbologa Unidades

Q2:Cantidad de calor transmitido porconduccin por hora.

(W)

Coeficiente de conductividad trmica. (W*m/k)

Espesor de la pared (considerada

homognea). (m) rea de la pared. (m)

() Salto trmico entre las superficies de lapared considerada.

(K)

Etapa III:

Transmisin de calor desde el interior, de la pared haca el aire exterior.

La transferencia se realiza por conveccin a travs de la capa de aire de

contacto y radiacin de la pared considerada hacia los cuerpos ms fros que se

encuentran en el exterior de la pared.

La cantidad de calor que se transite es:

(3.6)

Simbologa Unidades

Q3:Cantidad de calor transmitido porconduccin por hora.

(W)

:Coeficiente pelicular exterior superficial delcalor.

(W/m*k)

S: rea de la pared. (m)


39/183



Temperatura de la cara externa de lapared.

(K)

t Temperatura del aire exterior. (K)

Coeficiente Total de Transmisin de calor K: se define como la

cantidad de calor que se transmite en la unidad de tiempo a travs de la unidad

de superficie de un elemento constructivo, muro, tabique, vidrio, techos, etc.,

de un cierto espesor, cuando la diferencia de temperatura entre masas de aire

que se encuentran a ambos lados del elemento es de un grado kelvin (o cero

grados centgrados).

En la realidad los elementos que se estudian no son homogneos sino queestn formados por distintos componentes, que a los efectos prcticos cada uno

de ellos se le considera homogneos (revoque, barreras trmicas, mampostera,

etc.).

No se determina directamente el coeficiente K, sino que suele aplicarse su

inversa a la cual se le denomina Resistencia Trmica Total y est dada por:

(3.7)

Simbologa Unidades

Rt: Resistencia trmica total., Coeficientes peliculares. (W/m*k)

, Espesores de los distintosmateriales.

(m)

, Coeficiente de conductibilidad

trmica

(W*m/k)

Generalmente se trabaja con la inversa de los coeficientes , es decir, con las

resistencias superficiales. En caso de que existan cmaras de aire, las tablas

indican tambin su resistencia trmica, que se denomina Re.


40/183



3.3. Sensacin de bienestar- Influencia del medio ambiente.

El organismo humano genera continuamente una cierta cantidad de calor

para mantener la temperatura del cuerpo, cuando esta emisin se produce sinmolestias y fatiga se dice que el cuerpo est en equilibrio homeotrmico con el

medio ambiente, obtenindose la sensacin de bienestar.

La energa calrica es emitida al medio en dos formas: calor sensible y calor

latente. El calor sensibleproduce el aumento de temperatura del aire ambiente

que rodea a nuestro cuerpo, y se disipa por conduccin y radiacin. Mientras

que el calor latentees emitido por la exudacin y la exhalacin, en ambos casos

se produce vapor de agua que viene a aumentar la cantidad de humedad en elambiente.

Las dos formas de transmisin del calor del cuerpo al ambiente, sensible

y latente, se compensa entre s de tal manera que su suma permanece

constante, con independencia de las condiciones ambiente que los rodea. Si la

temperatura del aire baja, el calor cedido por conveccin, radiacin y

conduccin aumenta, disminuyendo el calor cedido por evaporacin.

El organismo humano altera la composicin del aire de los ambientes en los

que vive, elevando el porcentaje de CO2, disminuyendo el de O2, emitiendo

sustancias aromticas, humo de tabaco y elevando la concentracin de

bacterias patgenas.

Confort Homeotrmico, se define como un estado de sensacin de bienestar

fsico de las personas, con respecto a las condiciones homeotrmicas del medio

ambiente que lo rodea.

Los factores que afectan a las condiciones de confort se pueden agrupar en:

Factores que dependen del individuo.

Factores que dependen del medio ambiente.


41/183



Figura 3.6 La energa calrica es emitida al medio en dos formas: calor sensible y calorlatente.

La cesin de calor, del cuerpo al ambiente se produce por:

Radiacin de la superficie de la piel y la vestimenta a las paredes y

muebles del local.

Conduccin y conveccin de la superficie de la piel y de la vestimenta

al aire del local.

Evaporacin del vapor de agua, por exudacin de la piel.

Respiracin caliente y prcticamente saturada de humedad.

La suma del calor transmitida por radiacin, conduccin y conveccin se la

denomina calor sensibleseco del cuerpo humano.

La suma de calor transmitida por evaporacin y respiracin se le denomina

calor latente o hmedodel cuerpo humano.

La suma del calor latente y calor sensible permanece constante para

distintas temperaturas, dependiendo su variacin de la edad, dimensin fsica,

sexo, vestimenta, actividad que desarrolla y de la velocidad del aire. Por

ejemplo, si se baja la temperatura del aire ambiente, el calor sensible aumenta,

disminuyendo el calor latente en la misma proporcin que aument.


42/183



El confort trmico se logra cuando la eliminacin del calor sensible y latente

del cuerpo humano se realice con el mnimo esfuerzo.

Los factores que determinan la sensacin de confort de las personas en elinterior de un local son bsicamente los siguientes:

Temperatura del aire: Temperatura media de las superficies que rodean el

local.

Humedad relativa.

Velocidad del aire en la Zona de permanencia.

Ventilacin y purificacin del aire.

Ruido.

Estos factores que influyen en el bienestar homeotrmico son los

componentes del clima de un recinto.

Para la sensacin de confort homeotrmico no hay valores absolutos, ya que

con las mismas condiciones de clima de un local vara la sensacin para cada

individuo en particular.

Existen factores independientes del clima del local como ser el ritmo de

trabajo, grado de fatiga, edad, sexo, vestimenta, estado de salud, etc. Influyen

adems costumbres, alimentacin, modos de vivir, etc.

- Temperatura del medio ambiente: una sensacin de fro o calor

excesivos no es satisfactoria. Por ello la temperatura en la zona de permanencia

es relevante para que las personas se sientan confortables, dependiendo de la

poca del ao. Ello se debe que el metabolismo del cuerpo humano se adapta alas condiciones climticas extremas.

Las temperaturas a adoptar dependern de la poca del ao, la actividad

que desarrolle el individuo dentro del recinto, como esta vestido y hasta su peso

corporal. En la prctica podemos adoptar para personas en actividad

sedentaria o moderada los siguientes valores:


43/183



Invierno (Vestimenta normal): 18 a 22C

Verano (Vestimenta liviana): 23 a 27C.

- Humedad relativa del aire: un ambiente demasiado seco produce

sequedad de las mucosas, mientras que un ambiente excesivamente hmedo

produce sensacin de ahogo. Como se mencion anteriormente, a travs de la

exudacin se elimina calor del cuerpo, la misma se ver favorecida si la

humedad baja y se retarda si es elevada. La humedad relativa debe estar entre

el 30% y el 70%, considerndose como valor ptimo en verano como en invierno

el 50% de humedad relativa.

Si la humedad relativa disminuye por debajo del 30% se provoca un

resecamiento de las mucosas respiratorias, y si se supera el 70%, se tiene una

sensacin de pesadez, se produce ahogo dificultndose la respiracin.

- Velocidad del aire- circulacin:velocidades excesivas de circulacin del

aire puede producir sensacin de molestia, en cambio circulacin lenta del aire

puede producir una sensacin de encierro. Tambin la circulacin del aire est

relacionada con la temperatura del local, debido a que un movimiento excesivoen verano puede dar una sensacin de frescura pero si bajamos la temperatura

del local se puede provocar molestias y efectos nocivos para la salud.

En general, suele considerarse en zonas de permanencia de las persona una

velocidad de inyeccin del aire tratado de alrededor de 5 a 8 m/min.

- Ventilacin y purificacin del aire: el ser humano produce al respirar

anhdrido carbnico produciendo un enrarecimiento del aire, adems stecontiene polvo y agentes patgenos perjudiciales para la salud.

- Ruido: la instalacin de aire acondicionado debe funcionar sin producir

ruidos molestos. Manejar estos factores permite obtener la sensacin de

bienestar buscado.


44/183



3.3.1.Temperatura efectiva:

Existen ensayos que ponen de manifiesto que combinando diferentes

temperaturas, velocidades y humedades del aire se puede definir la influenciaque estos parmetros combinados tienen sobre la sensacin de bienestar para

un conjunto de individuos.

Con una velocidad del aire constante diferentes combinaciones de humedad

relativa y temperatura de bulbo seco pueden producir la misma sensacin de

bienestar. Estas combinaciones se llaman temperatura efectiva y pueden ser

ubicadas en el diagrama de confort, en el cual las combinaciones que producen

la misma sensacin de confort se ubican sobre la misma lnea de temperaturaefectiva.


45/183



Figura 3.7 Diagrama de Temperaturas Efectivas, es vlido para individuos normalmente

vestidos, ocupados en trabajos sedentarios o ligeros y para temperaturas de las paredes

iguales a las del aire.


46/183



3.3.2. Condiciones de Bienestar:

Se construy el diagrama del Bienestar referido a una velocidad del aire fija,

el cual permite determinar para cada valor de temperatura efectiva, el

porcentaje de individuos que identifican dichas condiciones con el ptimo de

bienestar. Este diagrama se aplica para ambientes acondicionados con un

movimiento del aire entre 5 a 8m/min y una ocupacin media de 3 horas o

ms.

Las curvas representadas sobre la parte superior e inferior del diagrama

indican que la mayor parte de las persona experimentan el mximo debienestar en verano con una temperatura efectiva de 21,5C y en invierno con

una temperatura efectiva de 19,5C.

La temperatura efectiva es un ndice de la sensacin de calor o de fro

experimentada por el cuerpo y que no significa necesariamente que se deba

tener una sensacin idntica de confort para todos los pares de valores de

temperatura-humedad relativa correspondientes a una misma temperatura

efectiva. Ciertamente, se tendr un cierto malestar en correspondencia con losvalores ms altos y ms bajo de la humedad relativa, ya que en el primer caso

se produce una acumulacin de vapor sobre los vestidos y, simultneamente,

se aumenta la capacidad de percepcin de los olores. Mientras que en el

segundo caso se secan las mucosas originando una desagradable sensacin de

sequedad.


47/183



Figura 3.8. Diagrama de Bienestar.


48/183



3.3.3. Condiciones de Diseo. Estudio de cargas trmicas:

Acondicionar trmicamente un recinto requiere extraer o introducir calor

segn la poca del ao, la cantidad de calor a retirar o insertar es el mismo

calor que se pierde o gana debido a la diferencia de temperatura entre el

interior y el exterior del local.

La carga trmica es el calor que entra o sale del recinto, su determinacin

permite disear y determinar el o los equipos de aire acondicionado.

3.3.3.1. Condiciones de diseo de las instalaciones de calefaccin y

aire acondicionado

La funcin principal del acondicionamiento del aire es mantener las

condiciones de confort, o bien las condiciones necesarias para la conservacin

de un producto o para la de un proceso de fabricacin.

Condiciones de diseo exterior:

Para la determinacin de las condiciones de diseo exterior no se adoptan

valores extremos de temperatura y humedad relativa, ya que los mismos sepresentan durante pocos periodos y por lo general son peaks de corta duracin.

El criterio que se adopta es el de promediar las condiciones de temperaturas

extremas con las medias, lo mismo con las humedades relativas.

Condiciones de diseo interior:

Los parmetros de diseo para lograr las condiciones de confort, dependern

principalmente de la estacin del ao, ya sea verano o invierno. Adems del

destino que se le d al recinto.

La temperatura interior es medida para personas en reposo y se debe tomar

en la zona de respiracin a 1,5metros desde el piso y a no menos de 1 metro de

las paredes exteriores.


49/183



3.3.3.2. Cargas trmicas:

Carga trmica de acondicionamiento se refiere a la cantidad de calor que se

debe extraer en verano o incorporar en invierno. El clculo de las cargastrmicas de una instalacin de aire acondicionado consiste en determinar la

cantidad de calor sensible y de calor latente, que hay que extraer en verano o

aportar en invierno para producir y mantener en el local acondicionada las

condiciones de temperatura y humedad relativa prefijadas. El mismo permitir

determinar las caractersticas Y dimensiones de la instalacin.

Antes de hacer la estimacin de la carga, se debe realizar un estudio

completo que garantice la exactitud de los componentes de carga.

El estudio debe ser lo ms preciso y completo posible, no debiendo

subestimarse la importancia de ningn factor:

Las cargas pueden clasificarse de la siguiente manera:

Por la forma:

Calor sensible. Calor latente.

Por la fuente:

Interna. Externa.

Por el tipo:

Transmisin.

Radiacin solar.

Infiltracin.

Ventilacin.

Personas.

Iluminacin.

Motores.

Artefactos

Otras fuentes.


50/183

Anlisis de las cargas de acondicionamiento:

Las cargas de acondicionamiento pueden clasificarse en dos tipos de ciclos:

I. Carga trmica ciclo invierno-Calefaccin.

II. Carga trmica ciclo verano-Refrigeracin.

I.

Carga trmica ciclo invierno-Calefaccin:

El estudio de las cargas trmicas para el ciclo invierno, permite determinar

cunto calor debe suministrar el sistema de calefaccin para compensar las

prdidas de calor que en el mismo se producen, lo cual permitir mantener la

temperatura confortable de los ambientes tratados.

La valorizacin de la carga trmica para el ciclo invierno, sirve de base para

seleccionar el equipo de calefaccin.

Dicha carga normalmente se calcula con las temperaturas invernales que se

producen generalmente de noche, por ese motivo no se toman en consideracin

las ganancias de calor producidas por las fuentes interna como personas,

alumbrado, etc.

En la evaluacin de las cargas debe considerar:

Las prdidas por transmisin de calor por cerramientos: producida

a travs de paredes, ventanas, puertas, techos, pisos que componen los

cerramientos del recinto.

Las prdidas de calor por transmisin de cada una de las superficies del

contorno del local considerado, se calculan segn las leyes de la transmisin,mediante la siguiente ecuacin:

(3.7)

Simbologa: Unidades:K: coeficiente total de transmisin de calor.


51/183



S: rea considerada.

ti: temperatura del aire interior.

te: temperatura del aire exterior.

Prdidas por infiltracin-ventilacin: el calor necesario para

compensar las entradas del aire exterior, producidas por infiltracin a travs de

las carpinteras que dan al exterior, o el necesario para la ventilacin del local

para conservar las condiciones de salubridad. Esto se debe principalmente a

dos causas:

La presin que ejerce el viento.

Las diferentes densidades del aire exterior y el interior, debido al salto

trmico existente.

Figura 3.9. Prdidas de calor.

II.

Carga trmica ciclo verano-Refrigeracin.

POR CAMPITERIAS


52/183



La determinacin de las cargas de refrigeracin permite conocer la cantidad

de calor que el sistema gana, y cuyo fin es el de disear y/o seleccionar el

equipo de aire acondicionado, para producir y mantener, las condiciones de

humedad y de temperatura, preestablecidas dentro de los recintos

acondicionados.

El estudio de las cargas de refrigeracin es ms complejo que el analizado

para calefaccin, debido a los diversos factores que actan, y que se debe tener

en cuenta factores como:

En verano la variacin diaria de la temperatura es ms pronunciada que

en invierno, por lo que las cargas de refrigeracin varan mucho durante el da,

lo que requiere estimar las ganancias de calor a distintas horas del da, con el

objeto de determinar la condicin ms desfavorable y en qu momento se

produce.

En invierno no se considera la radiacin solar, puesto que representa un

beneficio en los clculos, mientras que en verano es un factor muy importante,

que debe tenerse en cuenta.

En invierno no se consideran las disipaciones de calor de los elementos del

interior de los locales, debido a que, como en el caso anterior, son cargas

favorables en los clculos. No ocurre lo mismo en la poca de verano, dado que

es una cantidad de calor a extraer con el equipo de aire acondicionado.

La eliminacin de humedad de las personas en invierno en cierta medida

representa un beneficio para la instalacin, pero en verano todo aporte de

humedad o vapor de agua en el interior del local son una fuente de calor

latente, que hay que considerar en los clculos.

Adems, el aire exterior que se incorpora al sistema, aporta calor sensible, y

el calor latente en forma de vapor de agua, debido a que en general en verano

es ms hmedo que el aire interior.


53/183



La evaluacin de la carga debe entonces tener en cuenta las ganancias por

radiacin solar a travs de elementos que componen el contorno (exterior) del

local estudiado, es

Documents

Estudio del comportamiento energetico térmico de edificios de la Universidad de La Frontera Segunda etapa