evaluación de estrategias de mejoramiento térmico en el edificio del departamento de ingeniería...
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7/30/2019 Evaluacin de estrategias de mejoramiento trmico en el edificio del departamento de ingeniera de obras civiles
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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA
FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO
DE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ.
PAMELA ANDREA CATRIFOL QUILODRAN
2012
EVALUACIN DE ESTRATEGIAS DE MEJORAMIENTO TRMICOEN EL EDIFICIO DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS
CIVILES DE LA UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA
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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO
DE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ.
PAMELA ANDREA CATRIFOL QUILODRAN
2012
Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del
Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La Frontera
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Dedicada a Mis PadresArmando y Uberlinda
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AGRADECIMIENTOS
Finalizando esta importante etapa de mi vida lo primero que se me viene a la mente es
agradecer a Dios por darme la maravillosa familia que tengo, en especial mis padres Armando
y Uberlinda que son lo ms importante de mi vida, gracias por suadmirable sacrificio y su eterno e
incondicional amor, sin ustedes nada de esto sera posible. Gracias por apoyarme continuamente en
todos mis desafos, por la confianza que depositan en m y lo ms importante por hacerme
inmensamente feliz. Los amo y por sobre todo los admiro.
Tambin agradezco a mi hermano Cristian y su esposa Marcela por darme la posibilidad de ser la
madrina del pequeito ms importante de mi corazn, Matas, es imposible expresar el inmenso
amor y felicidad que da a da me entregas a travs de todas tus locuras. Verte crecer ha sido una de
las experiencias ms lindas que he tenido. Mi enano regaln te amo con todo mi corazn.
A mis cuatro abuelitos, tos, tas, primos y primas gracias por los momentos vividos y el apoyoque continuamente sent de ustedes. Nombrarlos a todos es un poco largo, pero de corazn
ustedes saben que los quiero mucho. En especial mi gueli Elcira por su inmenso amor y
sabidura, gracias por estar presente en mi vida entregndome cario y consejos para ser una
mejor persona. Esto tambin es para ti que siempre quisiste que fuera profesional, mi viejita
hermosa no sabes cunto te quiero.
Adems agradecer, a ti Elvis por acompaarme en este proceso de mi vida, por todos los
momentos que pasamos y por todo lo que me entregaste, te quiero mucho. A mis amigos de la
Universidad que han compartido conmigo estos maravillosos aos de mi vida, sin duda es lo ms
lindo que he vivido en especial a la Chika, Dany, Felipe, Mauri, y Jos gracias por todo.
Naturalmente nos conocemos muchos aos y de todo este proceso universitario lo ms rescatable
para mi, fueron las experiencias vividas, tantas aventuras, paseos, noches de estudio, noches de
fiestas, tantos recuerdos inolvidables que son uno de los mayores tesoros que tengo.
Al profesor Juan Pablo Crdenas y Guillermo Lira, por sus conocimientos, gua y ayuda
fundamental en esta memoria.
En general gracias a todos los que estuvieron presente en este desafo, sin duda, nombrarlos a
todos sera imposible.
Los quiero y simplemente Gracias.
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NDICE DE CONTENIDOS
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CAPITULO 1 INTRODUCCION 2
1.1 Exposicin general del problema 2
1.2 Nivel actual del problema 2
1.3 Objetivos 3
1.3.1 Objetivo General 3
1.3.2 Objetivos Especficos 3
CAPITULO 2CONTEXTO 5
2.1 Introduccin 5
2.2 Enfoque del Tema 5
2.2.1 Efecto Invernadero 5
2.2.2 Huella de Carbono 10
2.2.3 Eficiencia Energtica a Nivel Nacional 12
2.2.4 Eficiencia Energtica en la Construccin 14
2.3 Contextualizacin del Estudio 15
2.3.1 Regin de la Araucana 15
2.3.2 Temuco 16
2.3.3 Universidad de La Frontera 18
2.3.4 Departamento de Ingeniera en Obras Civiles 19
CAPITULO 3METODOLOGA DE TRABAJO 24
3.1 Introduccin 24
3.2 Plan de trabajo 24
3.3 Ejecucin de plan de Trabajo 24
3.3.1 Recopilacin de Antecedentes 24
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3.3.2 Consideraciones del Modelo 25
3.3.3 Modelo en Design Builder 31
3.3.4 Simulacin de Estrategias de Mejoramiento 34
3.3.5 Anlisis de las Mejoras a Travs del Software Retscreen 36
CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANALISIS 38
4.1 Introduccin 38
4.2 Diagnostico de la situacin Actual 38
4.2.1 Energa Anual del Edificio 38
4.2.2 Ganancias Internas 39
4.2.3 Infiltracin y Ventilacin del Edificio 404.2.4 Produccin de CO2 41
4.2.5 Confort 41
4.2.6 Consumo Total de Combustible y Electricidad 42
4.2.7 Consumo real de Combustible en Edificio 45
4.2.8 Comparacin de Combustible Real Versus Programado 46
4.3 Anlisis de Variables segn Matriz Taguchi 47
4.3.1 Anlisis Energtico y Econmico por variable 48
4.4 Alternativas de Mejoramiento Trmico 67
4.4.1 Alternativa de Mejoramiento N1 68
4.4.2 Alternativa de Mejoramiento N2 70
4.4.3 Alternativa de Mejoramiento N3 72
4.4.3 Alternativa de Mejoramiento N4 75
4.5 Anlisis de Rentabilidad 774.5.1 Mejoramiento N1 78
4.5.2 Mejoramiento N2 78
4.5.3 Mejoramiento N3 79
4.5.4 Mejoramiento N4 80
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CAPITULO 5 CONCLUSIONES 84
BIBLIOGRAFIA 86
ANEXO A PLANOS DEL DEPARTAMENTO INGENIERIA EN OBRAS CIVILES 88
ANEXO B DISEO EN DESIGN BUILDER 92
ANEXO C MEDICIN DE TEMPERATURA Y HUMEDAD 109
ANEXO D CONSUMO ANUAL DE GAS EN UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA 112
ANEXO E ANLISIS DE PRECIO UNITARIO Y PRESUPUESTO 119
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NDICE DE TABLAS
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Tabla 3. 1 Promedios de Ocupacin del Edificio. ...................................................................... 25
Tabla 3. 2 Resultados Ensayos de Infiltracin Departamento Ingeniera de Obras Civiles de
la Universidad de La Frontera ................................................................................... 29
Tabla 3. 3 Matriz Taguchi .......................................................................................................... 34
Tabla 3. 4 Planilla para realizar simulaciones de Mejoramiento ................................................ 35
Tabla 3. 5 Planilla de Mejoramiento Trmico ............................................................................ 36
Tabla 4. 1 Demanda de consumo anual de gas en el Edificio 45
Tabla 4. 2 Resultados matriz Taguchi ........................................................................................ 47
Tabla 4. 3 Porcentaje de Influencia de cada Variable. ............................................................... 48
Tabla 4. 4 Variables de la Aislacin de muros ........................................................................... 51Tabla 4. 5 Relacin de Energa y Costo Variable Muros ........................................................... 52
Tabla 4. 6 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable muros ...... 53
Tabla 4. 7 Variables de la Aislacin de Cielos ........................................................................... 55
Tabla 4. 8 Relacin de Energa y Costo Variable Cielo ............................................................. 56
Tabla 4. 9 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Cielo ....... 57
Tabla 4. 10 Variables de Ventana ................................................................................................. 59
Tabla 4. 11 Relacin de Energa y Costo Variable Ventanas ....................................................... 60
Tabla 4. 12 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Ventana .. 61
Tabla 4. 13 Variables de Infiltracin ............................................................................................ 63
Tabla 4. 14 Relacin de Energa y Costo Variable Infiltracin .................................................... 64
Tabla 4. 15 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Infiltracin ..
................................................................................................................................... 65
Tabla 4. 16 Alternativas de Mejoramiento Trmico ..................................................................... 67
Tabla 4. 17 Consumo Total de Combustible Mejoramiento N1 ................................................... 70
Tabla 4. 18 Consumo Total de Combustible Mejoramiento N2 ................................................... 72
Tabla 4. 19 Consumo Total de Combustible Mejoramiento N3 ................................................... 74
Tabla 4. 20 Consumo Total de Combustible mejoramiento N3 ................................................... 77
Tabla 4. 21 Resumen de Propuestas de Mejoramiento ................................................................. 77
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NDICE DE FIGURAS
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Figura 2. 1 Efecto Invernadero ...................................................................................................... 5
Figura 2. 2 Emisiones mundiales de Gases de Efecto Invernadero ............................................... 7Figura 2. 3 Fuente de emisiones de CO2
Figura 2. 4 CO2 emisiones de utilizacin de Combustibles fsiles2. 8
Figura 2. 5 Fuente de emisiones de Metano................................................................................... 9
Figura 2. 6 Fuente de emisiones de Oxido de Nitrgeno ............................................................... 9
Figura 2. 7 Distribucin de las Emisiones de CO2 a nivel mundial y contribucin de Chile ao
2008 ........................................................................................................................... 10
Figura 2. 8 Plan de Mitigacin, Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile. ............... 11
Figura 2. 9 Grfico de energa primaria en Chile ........................................................................ 12
Figura 2. 10 Mapa de la Regin de la Araucana ........................................................................... 15
Figura 2. 11 Temperaturas anuales en Temuco ............................................................................. 17
Figura 2. 12 Precipitaciones anuales en Temuco ........................................................................... 17
Figura 2. 13 Temperaturas anuales de Temuco ao 2011.............................................................. 18
Figura 2. 14 Planta del Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera ......................... 20
Figura 2. 15 Frontis del Departamento Ingeniera en obras Civiles .............................................. 21
Figura 2. 16 Fachada Laboratorio de Materiales de Construccin. ............................................... 21
Figura 2. 17 Entrada Principal Departamento Ingeniera en Obras Civiles. .................................. 22
Figura 2. 18 Entrada Laboratorio del Departamento Ingeniera en Obras Civiles. ....................... 22
Figura 3. 1 Ejemplo calendario de ocupacin promedio salas de Clases. 26
Figura 3. 2 Representacin de la Infiltracin de aire en una vivienda tipo. ................................. 28
Figura 3. 3 Infiltracin por Unin de Dos Materiales Of. Director del Depto. de Ing. de Obras
Civiles ........................................................................................................................ 30
Figura 3. 4 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles ........................................................................................................................ 30
Figura 3. 5 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de Obras
Civiles ........................................................................................................................ 30
Figura 3. 6 Diseo del Edificio en Design Builder ...................................................................... 33
Figura 3. 7 Visualizacin del Edificio en Design Builder .......................................................... 33
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Figura 4. 1 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 39
Figura 4. 2 Ganancias Internas Anuales....................................................................................... 39
Figura 4. 3 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 40
Figura 4. 4 Produccin de CO2 Anual ......................................................................................... 41
Figura 4. 5 Temperatura anual ..................................................................................................... 42Figura 4. 6 Humedad Relativa Anual........................................................................................... 42
Figura 4. 7 Gasto anual de combustible y electricidad del Edificio. ........................................... 43
Figura 4. 8 Gasto mensual de combustible y electricidad del Edificio. ....................................... 44
Figura 4. 9 Grfico de Temperaturas promedio registradas el ao 2011 ..................................... 44
Figura 4. 10 Grfico de Consumo mensual de gas en Litros, ao 2011 Edificio de Ingeniera de
Obras Civiles. ............................................................................................................ 45
Figura 4. 11 Grfico de Consumo real versus Programado. .......................................................... 46
Figura 4. 12 Grfico Resultado Muros ..............................................................................
Figura 4. 13 Grfico Resultado Cielos ...................................................................... 49
Figura 4. 14 Grfico Resultado Ventanas .............................................................................
Figura 4. 15 Grfico Resultado Infiltracin ............................................................. 49
Figura 4. 16 Relacin entre transmitancia trmica del muro, demanda de combustible y costo de
la inversin ................................................................................................................ 51
Figura 4. 17 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Muros ............................. 52
Figura 4. 18 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras de la Variable muros .............. 53Figura 4. 19 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en la Variable muros .... 54
Figura 4. 20 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en la Variable
Muros ......................................................................................................................... 54
Figura 4. 21 Relacin entre transmitancia trmica del cielo, demanda de combustible y costo de la
inversin .................................................................................................................... 55
Figura 4. 22 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Cielo ............................... 56
Figura 4. 23 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Cielo. .................. 57
Figura 4. 24 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Cielo ......... 58
Figura 4. 25 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en Variable
Cielo .......................................................................................................................... 58
Figura 4. 26 Relacin entre transmitancia trmica del Ventana, demanda de combustible y costo
de la inversin ............................................................................................................ 59
Figura 4. 27 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Ventanas ........................ 60
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Figura 4. 28 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Ventana .............. 61
Figura 4. 29 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Ventana .... 62
Figura 4. 30 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en Variable
Ventana ...................................................................................................................... 62
Figura 4. 31 Relacin entre renovaciones de aire, demanda de combustible y costo de la inversin................................................................................................................................... 63
Figura 4. 32 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Infiltracin ..................... 64
Figura 4. 33 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Infiltracin .......... 65
Figura 4. 34 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Infiltracin 66
Figura 4. 35 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en Variable
Infiltracin ................................................................................................................. 66
Figura 4. 36 Demanda Energtica Anual Mejoramiento N1 ......................................................... 68
Figura 4. 37 Ganancias Internas Anuales Mejoramiento N1 ......................................................... 69
Figura 4. 38 Prdidas Mejoramiento N1 ........................................................................................ 69
Figura 4. 39 Demanda Energtica Anual Mejoramiento N2 ......................................................... 71
Figura 4. 40 Ganancias Internas Anuales Mejoramiento N2 ......................................................... 71
Figura 4. 41 Prdidas Mejoramiento N2 ........................................................................................ 72
Figura 4. 42 Demanda Energtica Anual Mejoramiento N3 ......................................................... 73
Figura 4. 43 Ganancias Internas Anuales Mejoramiento N3 ......................................................... 73
Figura 4. 44 Perdidas del Modelo Mejoramiento N3 .................................................................... 74Figura 4. 45 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 75
Figura 4. 46 Ganancias Internas Anuales....................................................................................... 76
Figura 4. 47 Perdidas del Modelo Mejoramiento N4 .................................................................... 76
Figura 4. 48 Flujo de Caja Acumulado Mejoramiento N1 ............................................................ 78
Figura 4. 49 Flujo de Caja Acumulado Mejoramiento N2 ............................................................ 78
Figura 4. 50 Flujo de Caja Acumulado Mejoramiento N3 ............................................................ 79
Figura 4. 51 Flujo de Caja Acumulado Mejoramiento N4 ............................................................ 80
Figura 4. 52 Etapas de Modificacin Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles 81
Figura 4. 53 Flujo de Caja Mejoramiento Trmico N4 Modificado .............................................. 82
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RESUMEN
El presente Trabajo de Ttulo tiene como objetivo determinar soluciones de reacondicionamiento
trmico para el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de La Universidad de La
Frontera.Uno de los problemas de mayor envergadura a nivel mundial es el Calentamiento Global, y la
velocidad con esta sucediendo, las consecuencias son impredecibles, pero entre lo que se ha estimado
y lo que ya est sucediendo, es el aumento considerable de las temperaturas, produciendo cambios
climticos importantes que desencadenan una serie de efectos como: ondas de calor en lugares de
climas frescos, ondas de calor en lugares de climas frescos, aumento de regiones desrticas, cambio
en los patrones de precipitacin, aumento de los fenmenos atmosfricos violentos, derretimiento de
glaciares y disminucin de las reservas de agua dulce, aumento del nivel del mar, inundaciones, etc.
La causa proviene del aumento desproporcionado de gases de Efecto Invernadero principalmenteDixido de Carbono (CO2), que es el de mayor concentracin en todo el mundo, la fuente principal
es el consumo de combustibles fsiles (petrleo, carbn y gas natural) junto con la deforestacin
causada por la actividad humana. Es decir, tiene directa relacin con el uso desmedido de
combustible utilizado para calefaccionar y refrigerar los distintos espacios. Es aqu donde apuntan las
grandes naciones, bajar los niveles de contaminacin principalmente CO2 y as contribuir a la
disminucin del Calentamiento Global.
Al igual que otros pases Chile ha decidido colaborar en forma voluntaria las iniciativas mundiales
para mitigar emisiones de gases de Efecto Invernadero (GEI). Entre las medidas concretas que se
plantean hay ciertos planes de mitigacin que se relaciona al rea de la construccin y son de inters
para el presente Trabajo de Titulo, entre ellas se tienen: Fuentes de energa renovable, cambio de
hbito en las personas, cambios de combustible y Eficiencia Energtica. El objetivo del Trabajo de
Titulo es colaborar con esta iniciativa nacional y mundial a travs de estudios para determinar
soluciones de reacondicionamiento trmico bajando los consumos de gas utilizados para
calefaccionar los distintos Edificios, especficamente el Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.
En primera instancia se modela y simula el Edificio en condiciones actuales con el programa
computacional Design Builder, entregando como principal resultado la demanda energtica,
ganancias internas y prdidas de energa que presenta el Edificio. Teniendo esta informacin base se
logro dimensionar como es el funcionamiento actual y las variables ms influyentes dentro del
modelo. En este caso el Edificio presenta una demanda energtica anual de 107.450 kWh lo que
significa, aproximadamente $9.273.534 por concepto de gas en el Edificio del Departamento de
Ingeniera de Obras Civiles.
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Dentro de las variables ms influyentes se tienen las prdidas de energa por infiltracin, muros,
ventanas y cielos, las cuales se llevan a una matriz Taguchi con distintos niveles de exigencia creando
9 modelos a intervenir, los que una vez analizados por el software Design Builder entregan las
demandas energticas de cada uno. Estas demandas son nuevamente analizadas por otro software
llamado Qualitek, el cual entrega el nivel de influencia que tiene cada variable dentro del modelo.
Con esto se realiza un razonamiento lgico por cada variable identificando los niveles que tiene
mayor influencia de acuerdo al costo de intervencin y costo de combustible. Con esto se llego al
modelo ptimo de acuerdo a los anlisis, correspondientes al Mejoramiento N1, sin embargo se
proponen 3 nuevas alternativas variando los parmetros. Teniendo las cuatro alternativas de
mejoramiento se realiza una simulacin con el software Design Builder para cada una de ellas con
los nuevos parmetros a intervenir. Teniendo los resultados de las demandas energticas se realiza un
cuadro comparativo con el costo del combustible y el costo de la inversin.
Luego se realiza un flujo de caja acumulado para las cuatro alternativas a travs del softwareRetscreen considerando una vida til real de 40 aos para el Edificio. De todos los resultados el
mejoramiento N4 es el ms ptimo, sin embargo, se logro una mayor rentabilidad realizando el
Mejoramiento Trmico por partes, en primera instancia las oficinas de profesores, luego las salas de
clases y laboratorios, finalmente el resto del Edificio. Por lo tanto, se disminuye la inversin inicial y
a travs de los ahorros generados anualmente se gestionan los dems cambios. Esto es una alternativa
realmente viable en trminos econmicos, por ende un aporte real a futuras inversiones de Eficiencia
Energtica en la Universidad de La Frontera.
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CAPITULO 1
INTRODUCCIN
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Captulo 1 Introduccin
Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles de la Universidad de La Frontera 2
CAPITULO 1 INTRODUCCION
1.1 Exposicin general del problema
Uno de los propsitos fundamentales de la construccin, particularmente en edificacin, es
proveer de adecuadas, estables y permanentes condiciones de habitabilidad a sus habitantes, con
prioridad en el confort higrotrmico, requerimiento bsico e imprescindible para la actividad
humana. Hoy en da, es necesario alcanzar estos parmetros con el menor costo en energa
posible, o ms bien conseguir su uso racional, por consideraciones tanto econmicas como de
proteccin al medio ambiente. Las mayores demandas energticas en edificacin, estn
relacionadas principalmente por conceptos de iluminacin, calefaccin y refrigeracin, de aqu
nace la importancia de buscar soluciones arquitectnicas para el acondicionamiento trmico e
iluminacin, ms an, analizar diferentes alternativas constructivas de mejoramiento en los
edificios, generando un ahorro tanto en trminos financieros como de energa.
1.2 Nivel actual del problema
Un estudio sobre el comportamiento energitrmico de los edificios de la Universidad de La
Frontera realizada especficamente en el Departamento de Ingeniera de Obras Civiles, regin de
la Araucana, detalla claramente la cantidad y ubicacin donde se producen las mayores prdidas
energticas. Esto principalmente producto de la ubicacin, condiciones exteriores, orientacin,
distribucin de los diferentes recintos del edificio, materiales utilizados en la construccin,
aislacin, hermeticidad y principalmente los errores que se cometen a la hora de construir.
Tomando en cuenta estos antecedentes se hace necesaria la evaluacin de estrategias de
mejoramiento trmico en el Edificio de Ingeniera de Obras Civiles, para as contribuir a la
disminucin de la demanda energtica, reducir el impacto ambiental, generar espacios con
temperatura de confort y por ende reducir los costos de mantencin del edificio.
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Captulo 1 Introduccin
Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles de la Universidad de La Frontera 3
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo General
Evaluar energticamente estrategias de intervencin en el edificio del Departamento de Ingeniera
de Obras Civiles
1.3.2 Objetivos Especficos
Identificar las variables ms importantes en el comportamiento energtico del edificio del
departamento de Ingeniera de Obras Civiles.
Evaluar ambiental, tcnica y econmicamente la factibilidad de la implementacin de lasestrategias.
Definir una serie de estrategias evaluadas segn su eficiencia.
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CAPTULO 2
CONTEXTO
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Captulo 2 Contexto
Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles de la Universidad de La Frontera 5
CAPITULO 2 CONTEXTO
2.1 Introduccin
El presente capitulo da a conocer de manera general la problemtica actual a nivel mundial sobreenerga y su eficiente uso, contextualizndolo en la regin de la Araucana , ciudad de Temuco y
puntualmente en el Edificio de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La Frontera,
donde se realiza el presente Trabajo de Ttulo.
2.2 Enfoque del Tema
2.2.1 Efecto Invernadero
La atmsfera es una capa de gases que rodea al planeta, y una vez que pasa la energaproveniente del sol a travs de ella, funciona como un escudo que retiene el calor para evitar que
rebote y se regrese al espacio. Si esto no sucediera la temperatura sera tan baja que todo se
congelara, este fenmeno natural que posibilita la vida en el planeta se conoce como efecto
invernadero.
Figura 2. 1 Efecto Invernadero
De todos los gases que componen la Atmosfera solo el 1% absorbe la radiacin trmica terrestre,
es decir, solo este minsculo porcentaje es responsable del efecto invernadero, los gases que lo
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Captulo 2 Contexto
Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles de la Universidad de La Frontera 6
provocan los llamaremos gases de efecto invernadero (GEI), entre estos los ms importantes son
el vapor de agua y el dixido de carbono, en la medida que estos gases aumenten en la
atmosfera, el efecto invernadero aumentara, produciendo a escala mundial un calentamiento
excesivo del planeta llamado Calentamiento Global.
Gases de efecto invernadero
Vapor de Agua (H2O)
Dixido de carbono (CO2)
Metano (CH4)
xido nitroso (N2O)
Hidrofluorocarbonos (HFC)
Perfluorocarbonos (PFC)
Hexafluoruro de azufre (SF6)
Lo ms complicado del calentamiento global es la velocidad con que est sucediendo, las
consecuencias son impredecibles, pero entre lo que se ha estimado y lo que ya est sucediendo, es
el aumento considerable de las temperaturas, produciendo cambios climticos importantes que
desencadenan una serie de efectos como:
Ondas de calor en lugares de climas frescos.
Aumento de regiones desrticas.
Cambio en los patrones de precipitacin.
Aumento de los fenmenos atmosfricos violentos.
Derretimiento de glaciares y disminucin de las reservas de agua dulce
Aumento del nivel del mar.
Inundaciones.
A pesar de que el clima cambia naturalmente, los expertos sealan que las actividades humanas
ms importantes son las que generan grandes cantidades de gases de efecto invernadero y por
ende el gran problema del calentamiento global. Las emisiones de estos gases comenzaron a
incrementarse de forma acelerada en el siglo XIX debido a la Revolucin Industrial. Muchas de
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las actividades asociadas con la emisin de gases son ahora esenciales para la economa mundial
y forman una parte fundamental de la vida moderna.
Los gases de efecto invernadero (GEI) ingresan a la atmsfera de dos formas: a travs de un
proceso natural como la respiracin de los animales, humanos y plantas. La otra manera es a
travs de lasactividades humanas cmo la fabricacin de elementos plsticos, la extraccin o usode combustibles fsiles (petrleo, gas y carbn). Los principales gases implicados en el efecto
invernadero son:
Figura 2. 2 Emisiones mundiales de Gases de Efecto Invernadero1
Como muestra la Figura 2.2 el dixido de carbono es el gas de efecto invernadero en mayor
concentracin en todo el mundo, seguido del Metano, el Oxido Nitrgeno y Gases Fluorados
respectivamente. Las principales fuentes de emisin de estos gases se muestran a continuacin.
Dixido de carbono (CO2)
Es el ms importante y su fuente principal es el consumo de combustibles fsiles (petrleo,
carbn y gas natural) junto a la deforestacin (Cambio de uso en la Tierra) causada por la
actividad humana, como muestra la figura 2.3.
1Fuente: IPCC; Cambio Climtico 2007: Informe de Sntesis
http://www.tuimpacto.org/gases-de-efecto-invernadero.phphttp://www.tuimpacto.org/glossary.php#atmosferahttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#procesos-naturaleshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#actividades-humanashttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#actividades-humanashttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#procesos-naturaleshttp://www.tuimpacto.org/glossary.php#atmosferahttp://www.tuimpacto.org/gases-de-efecto-invernadero.php -
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Figura 2. 3 Fuente de emisiones de CO2 Figura 2. 4 CO2 emisiones de utilizacin
de Combustibles fsiles2
Los tres sectores principales que utilizan combustibles fsiles son:
El transporte (Petrleo en mayor consumo)
Los servicios pblicos (electricidad, gas, petrleo, etc.)
La produccin industrial
Metano (CH4)
La actividad humana es la que crea la mayor fuente de emisiones de metano, las 3 principales
fuentes son:
Combustible fsil (Carbn, petrleo y gas): Se encuentra durante la extraccin y
transporte decombustibles fsil.
Agrcola (estircol): Hay dos formas por las cuales se emite, la primera por la digestin
alimenticia de los animales y la otra por la descomposicin anaerbica (sin oxgeno) del
excremento.Vertederos: La basura nueva se apila sobre la que ya esta acumulada y esta se
descompone en condicionesanaerbicas y as se producen grandes cantidades demetano.
http://www.tuimpacto.org/glosario.php#combustibles-fosileshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#anaerobicohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#metano-ch4http://www.tuimpacto.org/glosario.php#metano-ch4http://www.tuimpacto.org/glosario.php#anaerobicohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#combustibles-fosiles -
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Figura 2. 5 Fuente de emisiones de Metano
xido de Nitrgeno (N2O)
Los humanos son los responsables del 96% de las emisiones dexido de nitrgeno.Casi todaslasemisiones son causadas por estos 3 factores:
Fertilizacin artificial de la tierra
Fuentes fijas y mviles de combustin de materiales de origen fsil
Estircol (excrementos de animales que se utilizan parafertilizar los cultivos)
Figura 2. 6 Fuente de emisiones de Oxido de Nitrgeno
Gases Fluorados (F)
Son los nicos gases que participan en el efecto invernadero y no son de origen natural, sino que
artificial, producidos por el hombre mediante la industrializacin. Son utilizados en la
produccin de sistemas de refrigeracin/ aire acondicionado, espumas y aerosoles.
http://www.tuimpacto.org/origen-del-n2o.phphttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#oxido-de-nitrogeno-n2ohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#emisioneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Excrementohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Excrementohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#emisioneshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#oxido-de-nitrogeno-n2ohttp://www.tuimpacto.org/origen-del-n2o.php -
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2.2.2 Huella de Carbono
La forma de cuantificar las emisiones de Gases de Efecto Invernadero de los hogares,
actividades, consumos o hbitos es la medicin de la Huella de Carbono.
Se denomina huella de carbono (HC) al conjunto de emisiones de gases de efecto invernadero(GEI) producidas, directa o indirectamente, por personas, organizaciones, productos, eventos o
estados, en trminos de CO2 equivalentes, y se puede entender como una medida del impacto que
se genera en el medio ambiente, especficamente en trminos del cambio climtico. La huella de
carbono ms que un nmero, es una radiografa que identifica los sectores o acciones que ms
emisiones de CO2 tienen asociadas.
Chile no es un emisor relevante de gases de efecto invernadero. De acuerdo a estadsticas
internacionales de la Agencia Internacional de Energa (EIA) que consideran solo las emisiones
nacionales de CO2 por combustin de hidrocarburos, su aporte al total de emisiones es
aproximadamente el 0,2% (IEA, 2009; IEA, 2010).
Figura 2. 7 Distribucin de las Emisiones de CO2 a nivel mundial y contribucin de Chile ao20082
2 Fuente: Ministerio del Medio Ambiente, en base a la Agencia Internacional de Energa, 2010
49,68%
15,03%
8,40%
23,12%
3,51% 0,26%Asia, Oceana y ex UninSovitica
Europa
frica y Medio Oriente
America del Norte
America Central y del Sur (SinChile)
Chile
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Aunque Chile es un pas con relativamente bajas emisiones de CO2 a nivel mundial, se espera un
crecimiento importante de acuerdo al desarrollo de su economa en las ltimas dcadas, por lo
que sus emisiones continuaran aumentando de manera acelerada.
Al igual que otros pases en desarrollo, Chile ha decidido colaborar en forma voluntaria en las
iniciativas mundiales para mitigar emisiones de gases de efecto invernadero. Entre las medidasconcretas que se plantean hay ciertos planes de mitigacin que se relacionan al rea de la
construccin y son de inters para el presente Trabajo de Titulo.
Entre ellas tenemos:
Fuentes de Energa Renovables.
Cambio de Habito en las personas.
Cambios de Combustibles.
Eficiencia Energtica.
Figura 2. 8 Plan de Mitigacin, Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile.
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2.2.3 Eficiencia Energtica a Nivel Nacional
La Eficiencia Energtica (EE) como definicin es 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 implementacin de diversas medidas e inversiones a niveltecnolgico, de gestin y de hbitos culturales en la comunidad.3
Las necesidades de mayores niveles de eficiencia energtica (EE) nunca han sido tan evidentes
como en la actualidad. Factores como los altos precios de la energa, la creciente preocupacin
por el medioambiente y la seguridad energtica del pas han contribuido a tomar conciencia de la
necesidad de un mayor desarrollo de la EE.
En los ltimos aos, cerca del 35% de la energa primaria que consume el pas proviene del
petrleo y 19% corresponde a hidroelectricidad. La restante energa proviene del gas natural
(22%), la lea y otros (14%) y el carbn (16%) (Figura 2.9). El consumo de algunas de estas
fuentes presentan fluctuaciones en el tiempo tal como ocurre con el gas natural (decrece de un
24,2% a un 14,4 % en el periodo), la lea y otros (se incrementa de un 13,2 a un 16,8%) y el
carbn (crece de un 7,9 a un 13,8%). Estas fluctuaciones se deben a los precios y a la
disponibilidad del recurso.
Figura 2. 9 Grfico de energa primaria en Chile4
3Fuente: http://www.acee.cl/576/propertyvalue-12850.html4Fuente: Gua de Diseo para la eficiencia energtica en Chile.
35%
19%
22%
14%
16%Petroleo
Hidroelectricidad
Gas Natural
Lea y otros
Carbon
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Sin embargo, esa conciencia tiene que materializarse en actos concretos y la eficiencia energtica
debe incorporarse en el comportamiento cotidiano de todos los actores, tanto a nivel pblico
como privado, y en este ltimo caso, en los sectores residencial, comercial, minero, transporte e
industrial.
Conforme a estudios realizados la propuesta del gobierno es que en el ao 2020 se pueda alcanzaruna disminucin del 12% en la demanda de energa final proyectada hacia ese ao. Para cumplir
esta meta se sealan las siguientes medidas.
Plan de Accin de Eficiencia Energtica 2012-2020 (PAEE20): Pretende constituirse
en una gua para el sector pblico y privado de manera que se puedan emprender las
acciones necesarias para materializar el importante potencial de Eficiencia Energtica.
Las medidas del PAEE20 persiguen incorporar elementos de eficiencia energtica en los
distintos sectores productivos como la minera, industria, transporte y edificacin.
Sello de Eficiencia Energtica: La idea es crear un Sello de Eficiencia Energtica que
premie e identifique las empresas lderes en el desarrollo de la EE a nivel nacional. Esto
permitir reducir los costos energticos, aumentar su competitividad y reducir sus
emisiones.
Estndares Mnimos de Eficiencia Energtica (MEPS): La idea es establecer
Estndares Mnimos de Eficiencia Energtica con los que debern cumplir los productos,
equipos, artefactos y materiales, entre otros, que utilicen cualquier tipo de recurso
energtico, para su comercializacin en el pas. Esta medida permitir limitar la mxima
cantidad de energa que puede ser consumida por un producto especfico, siempre velando
por su desempeo y asegurando que la satisfaccin de los usuarios no se vea afectada.
Creacin de Comisin Interministerial de Desarrollo de Polticas de EficienciaEnergtica: Se conformara una Comisin Interministerial de Desarrollo de Polticas de
Eficiencia Energtica, que constituir una instancia en que las medidas adoptadas o
acuerdos alcanzados sean integrados a las polticas sectoriales de cada entidad o
institucin participante. Esta instancia rendir cuenta de su gestin, en forma peridica,
directamente al Presidente de la Repblica.
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2.2.4 Eficiencia Energtica en la Construccin
Como se ha mencionado anteriormente, uno de los principales medios para alcanzar el objetivo
de la emisin del CO2 es reducir el consumo de energa.
Un edificio construido hoy en da consume la mitad de energa que un edificio realizado aprincipios de los aos setenta. La calefaccin y la produccin de agua caliente sanitaria,
representan an hoy una cuarta parte de la energa consumida en Chile y contribuyen en igual
medida a la produccin de emisiones de CO2.
En la medida que el consumo de energa sea cada vez menor, aumenta la eficiencia energtica.
Ser ms eficiente no significa renunciar al grado de bienestar y calidad de vida, sino ms bien
lograr una serie de estrategias para bajar los consumos de energa y con esto contribuir a la
eficiencia energtica.
Algunas de las estrategias que se plantean a nivel nacional son las siguientes:
Aislamiento trmico en la envolvente (muros, techos y ventanas)
Reduccin de las prdidas de calor por infiltracin en invierno
Adecuada orientacin del edificio
Permitir la entrada del sol en invierno
Utilizar sistemas decalefaccin yaire acondicionado eficientes (etiquetado energtico)
Ahorro energtico en agua
Utilizar iluminacin eficiente mediante el uso delmparas de bajo consumo
http://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_t%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Etiqueta_energ%C3%A9tica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_de_bajo_consumohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_de_bajo_consumohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Etiqueta_energ%C3%A9tica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_t%C3%A9rmico -
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2.3 Contextualizacin del Estudio
Es necesario sealar que este Trabajo de Ttulo forma parte de un proyecto del Laboratorio de
Eficiencia Energtica de la Universidad de La Frontera de Temuco, en donde se estudian las
demandas energticas de los distintos edificios que forman parte de la institucin, adems de lasestrategias de reacondicionamiento, todo esto con el fin de aportar al problema energtico
nacional y mundial. Logrando a futuro ser una Institucin autosustentable.
A continuacin se definen las caractersticas de los lugares fsicos en donde se desarrollara el
presente trabajo de Ttulo
2.3.1 Regin de la Araucana
Es una de las quince regiones en las que se encuentra divididoChile,se ubica entre el paralelo
38 44' y los 39 37' de latitud sur y desde los 70 50' de longitud oeste hasta el Ocano Pacfico.
Limita al norte con la Regin del Biobo, al sur con la Regin de Los Ros, al este con la
Repblica Argentina y al oeste con elOcano Pacfico.
Figura 2. 10 Mapa de la Regin de la Araucana
http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_territorial_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_del_Biob%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_de_Los_R%C3%ADoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_de_Los_R%C3%ADoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_del_Biob%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_territorial_de_Chile -
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Posee una superficie total de 31.842,3Km2 con 869.535 habitantes alcanzando una densidad de
27,3 hab/km2. Y se divide en dos provincias:
Por el norte la Provincia de Malleco, que cuenta con 11 comunas siendo su capital provincial
Angol, distribuyndose en una superficie provincial total de 18.409 Km2 que corresponde al 57.8
% del total de la superficie regional y en donde habitan 201.615 habitantes (23,19 % del total dela poblacin regional).
Por el sur la Provincia de Cautn, con un total de 21 comunas siendo su capital provincial
Temuco distribuyndose en una superficie provincial de 13.433,3Km2 correspondiente al 42,2 5
del total de la superficie regional en donde se concentra 667.920 habitantes (76,81 % del total de
la poblacin regional).
2.3.2 Temuco
Temuco es la capital de laRegin de La Araucana y de laProvincia de Cautn,est ubicada al
sur de Chile aproximadamente a unos 670 Kilmetros de Santiago ( capital de Chile). Fue
fundada el 24 de Febrero de 1881. El nombre de la ciudad procede de Temuko, que es un trmino
enmapudungun que significa "agua de temu".
Tiene una superficie de 464 Km2 con una poblacin de 276.883. Un 5,7% corresponde a la zona
rural y el 94,35% restaste es poblacin urbana5 y es una de las ciudades de Chile que mas a
crecido en los ltimos aos.
El sitio de la ciudad morfolgicamente corresponde a terrazas fluviales del ro Cautn que se
desarrollan en forma encajonada entre el Cerro ielol (350 msnm) y el Cerro Conun Huenu (360
msnm).
En cuanto al clima corresponde auna zona templada lluviosa con influenciamediterrnea tpica
de la depresin intermedia del pas, las precipitaciones se hacen presente generalmente todo el
ao con mayor fuerza los meses de invierno, siendo enero y febrero los meses de calor.
A continuacin un grafico que detalla las temperaturas mximas y mnimas a travs de los aos.Igualmente registros de precipitacin anuales que hay en la Ciudad. 6
5Datos del Censo Nacional del 20026Fuente: Elaboracin Propia, datos climticos, tutiempo.net
http://es.wikipedia.org/wiki/IX_Regi%C3%B3n_de_la_Araucan%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Caut%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Mapudungunhttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_oce%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_mediterr%C3%A1neohttp://es.wikipedia.org/wiki/Depresi%C3%B3n_intermediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Depresi%C3%B3n_intermediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_mediterr%C3%A1neohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_oce%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mapudungunhttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Caut%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/IX_Regi%C3%B3n_de_la_Araucan%C3%ADa -
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Figura 2. 11 Temperaturas anuales en Temuco
Figura 2. 12 Precipitaciones anuales en Temuco
2007 2008 2009 2010 2011
Temperatura MinimaAnual ( C) 4,9 6,5 5,9 5,6 6,1
Temperatura MaximaAnual ( C) 18,2 20,1 18,6 18,1 18,9
0
5
10
15
20
25
Precipitacin
en
mm
2007 2008 2009 2010 2011
Precipitacion TotalAcumulada mm 930,16 1012,44 955,85 798,32 954,29
0
200
400
600
800
1000
1200
Precipitacinen
mm
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Figura 2. 13 Temperaturas anuales de Temuco ao 2011
2.3.3 Universidad de La Frontera
Es la nica universidad estatal de Regin de La Araucana y se encuentra ubicada en la ciudad de
Temuco, con sedes en Angol y Pucn, es una institucin de educacin superior pblica y estatal,
considerada una de las diez mejores universidades del pas, por sus notables indicadores de
calidad y excelencia. Actualmente es una universidad acreditada.
Pertenece al Consorcio de Universidades del Estado de Chile, Consejo de Rectores de las
Universidades Chilenas, y a la Agrupacin de Universidades Regionales de Chile.
Nace como institucin autnoma el 10 de marzo de 1981 fusionando las sedes de laUniversidad
Tcnica del Estado y laUniversidad de Chile.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 postgraduados, 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 postgrado en la regin, educndose en sus aulas
ms de 8.000 futuros profesionales.
0
2
4
68
10
12
14
16
18
TemperaruraenC
T Media
http://es.wikipedia.org/wiki/Consorcio_de_Universidades_del_Estado_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Consorcio_de_Universidades_del_Estado_de_Chile -
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La universidad cuenta con cinco Facultades:
Facultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin.
Facultad de Medicina.
Facultad de Educacin, Ciencias Sociales y Humanidades.Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales.
Facultad de Derecho
Entre las cinco facultades cuenta con 40 carreras y una moderna infraestructura de 93 mil metros
cuadrados construidos. Ms la implementacin de 60 programas de Magster, Doctorado y
Especialidades Mdicas.
2.3.4 Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles
Es un edificio que pertenece a la Facultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin ubicado en el
Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera (Figura 2.14.) Dicho edificio inicio su
construccin el 22 de Diciembre de 19927 y fue puesto en marcha el 3 de mayo de 1993 para
impartir la carrera de construccin civil, luego en el ao 2002 se realiza una ampliacin del
edificio correspondiente a un segundo piso adecuado como sala de clases y dibujo tcnico.
Actualmente el edificio cuenta con una superficie aproximada de 1700 m2, incluyendo un patio
de servicio techado y bodegas ubicadas a un costado del edificio principal.
A continuacin se detalla la ubicacin y distribucin del Edificio del Departamento Ingeniera de
Obras Civiles.
7Libro de Obra Construccin pabelln Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.
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Figura 2. 14 Planta del Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera
Actualmente el edificio alberga a docentes y alumnos exclusivamente de la Carrera Ingeniera en
Construccin. Cuenta con hall de acceso, patio, 4 salas de Clases, sala de estudio, salas de
computacin, baos (Damas y Varones), Laboratorios, Fotocopiadora y adems toda la seccin
de docentes correspondiente a oficinas, sala de reuniones y baos.
Otro dato importante, es que dentro de las instalaciones se encuentra el Laboratorio de Materiales
de Construccin del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La
Frontera , conocido como LOCUF que presta servicios a organizaciones pblicas y privadas en
las reas de Mecnica de Suelos, Hormigones y ridos.
A continuacin una serie de imgenes que muestran el real estado del edificio en estudio.
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Figura 2. 15 Frontis del Edificio del Departamento de Ingeniera de obras Civiles.
Figura 2. 16 Fachada Laboratorio de Materiales de Construccin.
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Figura 2. 17 Entrada Principal del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.
Figura 2. 18 Entrada Laboratorio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.
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Captulo 3 Metodologa de Trabajo
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CAPTULO 3
METODOLOGA DE TRABAJO
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Captulo 3 Metodologa de Trabajo
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CAPITULO 3 METODOLOGA DE TRABAJO
3.1 Introduccin
En este captulo se ve la metodologa utilizada por el autor para dar cumplimiento a los objetivos
propuestos.
El anlisis trmico y energtico del edificio se realiza a travs del software Design Builder, al que
se le integra toda la informacin relacionada con las caractersticas fsicas y usuales del edificio,
con esto se logra el diseo base, es decir, un modelo aproximado a la realidad actual del edificio,
luego el software analiza es estado de este a travs de una simulacin que entrega como resultado
una serie de grficos del comportamiento trmico. Con todos los antecedentes que entrega la
simulacin, es posible visualizar donde se generan las mayores prdidas y las posibles estrategias
de mejoramiento trmico del edificio. Como mtodo de evaluacin de las mejoras se utiliza un
clculo estadstico a travs de una matriz llamada Taguchi, la cual alterna una serie de variables
entregando una planilla con 9 simulaciones de las posibles mejoras que tendra el edificio. Se
analizan los 9 casos y se ve el ms eficiente tcnica y econmicamente.
3.2 Plan de trabajo
A continuacin se muestra el plan de trabajo empleado para la realizacin del estudio.
Recopilacin de antecedentes
Consideraciones del Modelo
Modelo en Design Builder
Simulacin de Estrategias de Mejoramiento
Anlisis de las mejoras a travs del software RETScreen International.
3.3 Ejecucin de plan de Trabajo
3.3.1 Recopilacin de Antecedentes
Se investigo en la Divisin de Obras de la Universidad de La Frontera, la cual posee toda la
informacin respecto de los edificios que conforman esta institucin. Especficamente planos y
Especificaciones Tcnicas del Edificio en estudio. Adems se hizo levantamiento actualizado,
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para corroborar medidas y verificar cada uno de los cambios que se han efectuado a lo largo de
los aos. (Ver planos en Anexo A)
3.3.2 Consideraciones del Modelo
a) Zonas del Edificio
Debido a la gran cantidad de zonas que presenta el edificio, es necesario agrupar las de
similar ocupacin para as generar plantillas tipo e ingresarlas al software, haciendo el trabajo
mucho ms eficiente. Los recintos que se utilizaron son 6 y se identifican en el software como:
salas de clases, hall y pasillos, laboratorios, oficinas, baos, y recintos varios, este ltimo
corresponde a todos los pequeos espacios dentro del edificio que no tienen un uso masivo.
b) Uso promedio
Este dato se introduce en cada planilla (dependiendo de la zona), se determinan las superficies
en metros cuadrados de las diferentes zonas del edificio, adems de la capacidad de ocupantes
que tienen cada una de ellas. Estos datos se obtienen de los horarios de clases y entrevistas con
los auxiliares del edificio. Luego se toman los recintos ms representativos y se crea una tabla
con los promedios de cada uno de ellos.
Para estimar el uso promedio en las salas se utilizo un 60%. Un ejemplo, el promedio de
ocupacin de las oficinas es 0,11(pers. /m2), este dato se utiliza para todas las oficina existentes
en el Edificio.
Tabla 3. 1 Promedios de Ocupacin del Edificio.
Recintos Superficie
Promedio (m2)
Ocupacin
(personas/m2)
Baos 4,43 0,39
Salas 49,58 0,96
Pasillos y Hall 37,29 0,20
Oficinas 10,65 0,11
Laboratorios 47,41 0,09
Recintos Varios 7,67 0,24
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c) Ganancias internas
Dentro de los datos importantes en el modelo, son las ganancias que aportan las personas,
iluminacin, equipos computacionales, calefaccin y equipos de laboratorio. Para estimar estos
valores fue necesario crear un calendario referido al uso de estas en los distintos recintos deledificio, las consideraciones fueron las siguientes:
Hall y pasillos, baos y recintos varios: Presentan una ocupacin continua todo el da
desde las 8:30 hasta las 21:20 aproximadamente, de lunes a viernes. Se toma el receso de
dos semanas en julio, enero y todo febrero producto de vacaciones de invierno y verano
respectivamente.
Laboratorio: Tiene una ocupacin continua durante todo el ao desde las 8:30 hasta las
19:00, con una hora de almuerzo.
Salas de clases: Se considero un promedio del calendario de ocupacin de las 4 salas en el
primer semestre del 2012.
PERIODO LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES
8:30 a 9:30 Leg Amb y Const. P. Constructivos 3 Gestin Emp 1 Estructuras 1
9:40 a 10:40 Leg Amb y Const. P. Constructivos 3 Gestin Emp 1 Gestin Emp 1 Estructuras 1
10:50 a 11:50 M. de Suelos 2
12:00 a 13:00 Gestin Emp 1 Gest.int. de Proy.
Almuerzo
14:30 a 15:30 Leg Laboral M. de Suelos 1 M. de Suelos 1
15:40 a 16:40 Leg Laboral M. de Suelos 1
16:50 a 17:50 Prev de Riesgos Leg Amb y Const. T. Propuesta y Lic. T. Propuesta y Lic.
18:00 a 19:00 Prev de Riesgos Prev. de Riesgos T. Propuesta y Lic.
19:10 a 20:10 O. Hidrulicas Obras de Ingeniera T.I. Procesos C. T.I. Procesos C.
20:20 a 21:20 O. Hidrulicas Obras de Ingeniera T.I. Procesos C.
Figura 3. 1 Ejemplo calendario de ocupacin promedio salas de Clases.
Oficinas: El funcionamiento en general es desde las 8:30 hasta las 13:00 y luego de las
14:30 hasta las 18:30. Con un receso de dos semanas en julio, dos semanas en enero y
todo febrero.
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Los equipos computacionales se consideran 40 en el laboratorio del segundo piso y 19 en la sala
del primer piso, adems de un equipo por cada oficina.
La Calefaccin es a gas y el uso vara desde abril hasta noviembre dependiendo del recinto.
La iluminacin corresponde a tubos fluorescentes y las horas del da en que estn encendidas son
generalmente en la maana y en las tardes. Se consideran mayores en los meses de invierno endonde se oscurece ms temprano.
d) Mediciones de Temperatura
Los registros de temperatura del edificio se realizan travs de un dispositivo de conexin USB
llamado data Logger, el cual mide temperatura y humedad a distintos intervalos de tiempo.
Estas mediciones se realizan en dos recintos del edificio por una semana, las que permitenobtener una representacin grafica de temperatura y humedad a intervalos de una hora.
De todas las mediciones se saca un promedio que se considera como temperatura media
ambiental en el interior del edificio, esto para efecto de diseo en Design Builder.
Con los datos de temperatura interior que entregan los Dataloggers mas la temperatura exterior
que registra la estacin meteorolgica del Laboratorio de Eficiencia Energtica se genera un
grafico de curvas llamado termograma el cual permite hacer un anlisis trmico del edificio.
(Anexo C)
e) Infiltraciones por medio del Blower Door Test
La infiltracin se define como el flujo incontrolado de aire exterior que entra en un edificio a
travs de grietas y otras aberturas no intencionales y por el uso normal de las puertas exteriores.
En palabras simples, la infiltracin tambin es conocida como el ingreso de aire no controlado
hacia un edificio y es igual a la exfiltracin, que es la tasa de aire que sale de la estructura. 8
Las zonas que generalmente tienen problemas de infiltracin son:
Rendijas de ventanas.
Rendijas de puertas.
8Trabajo de Ttulo Estudio de prdidas Energticas por infiltracin de aire en viviendas a travs del Blower DoorTest, (Hope y Gonzales, 2009)
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Juntas que se forman en la unin de distintos materiales como por ejemplo entre
hormign y madera.
Grietas formadas por efectos de la dilatacin y contraccin.
Aberturas por conductos de calefaccin, instalaciones elctricas y otros.
El principal problema que representan las infiltraciones de aire, son las prdidas energticas que
stas producen, pues al calefaccionar un espacio interior se incurre en un gasto de energa, y el
aire fro del exterior que ingresa a travs de las reas de infiltracin tiende a quitarle energa a
dicho aire calentado (Ley Cero de la Termodinmica). Y en verano ocurre un efecto similar, pues
el aire exterior que se encuentra a mayor temperatura que el interior, ingresa a la vivienda o
edificio, tendiendo siempre al equilibrio trmico. El viento aumenta este efecto, al ejercer presin
o succin sobre las aberturas.
Figura 3. 2 Representacin de la Infiltracin de aire en una vivienda tipo.
Para medir la infiltracin se realiza una prueba en el edifico llamada Blower Door Test, que es un
diagnostico diseado para medir la estanqueidad de los edificios o zonas de stos, es decir, medirla tasa de renovaciones de aire en un determinado periodo.
Para el anlisis del Edificio de Ingeniera de Obras Civiles se toman los datos obtenidos en el
Ensayo de Infiltracin realizado en el Trabajo de Titulo Estudio del Comportamiento
Energitrmico de los Edificios de la Universidad de La Frontera: Primera Etapa.
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De la tabla 3.2 los datos utilizados en el software corresponden a la ACH/h utilizando un
promedio para las salas, oficinas y recintos varios.
Tabla 3. 2 Resultados Ensayos de Infiltracin Departamento Ingeniera de Obras Civiles dela Universidad de La Frontera
Sala Materialidad EfLA (4 Pa),cm2
Air Chg/h(50 Pa)
ACH/h
OC-01 Hormign, cielo madera 882,9 22,14 5,54
OC-03 Hormign 325,8 7,84 1,96
OC-04 Hormign, placa yeso-cartn 1.440,00 16,25 4,06
Oficina JP Hormign, cielo madera 170,3 2,5 0,63
Of Dir. OC Hormign, cielo madera 295,2 23,36 5,84
Sala consejo Hormign, cielo madera 182,7 8,74 2,18
f) Termografa
Es una tcnica que permite ver la temperatura de una superficie con precisin a travs de una
imagen generada por la cmara termogrfica. El ser humano no es sensible a la radiacin
infrarroja emitida por un objeto, pero las cmaras termogrficas son capaces de medir esta
energa a travs de sus sensores infrarrojos. La radiacin infrarroja es la seal de entrada que la
cmara necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de loscolores, segn la escala, significa una temperatura distinta, donde los tonos amarillos y rojizos
representan reas calientes y los tonos azules y violetas representan reas fras. La termografa se
utiliza al mismo tiempo que se realiza el ensayo de infiltracin, por lo que las imgenes captadas
por la cmara termogrfica corresponden a las mismas salas y oficinas ensayadas9.
De las termografas realizadas se muestran 3 imgenes con el fin de ejemplificar los puntos ms
comunes en donde se producen infiltraciones.
En las termografas se identifican las siguientes situaciones de infiltracin:
9Trabajo de Titulo Estudio del Comportamiento Energitrmico de los Edificios de la Universidad de La Frontera:Primera Etapa
http://www.nivelatermografia.net/camaras-termograficashttp://www.nivelatermografia.net/camara-termografica-flir-i5http://www.nivelatermografia.net/camara-termografica-flir-i5http://www.nivelatermografia.net/camaras-termograficas -
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Figura 3. 3 Infiltracin por Unin de Dos Materiales Of. Director del Depto. de Ing. de ObrasCiviles
Figura 3. 4 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles
Figura 3. 5 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles
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3.3.3 Modelo en Design Builder
Para modelar el edificio, se ocupa el software de simulacin energtica Design Builder, el cual
propone un orden lgico en el ingreso de los datos al sistema, esto a travs de ocho pestaas que
se encuentran en la parte superior del software, en este caso para no realizar el procedimientoreiterativo en las 65 zonas que tiene el edificio se crearon 6 planillas tipo (salas de clases, hall y
pasillos, laboratorios, oficinas, baos, y recintos varios) las cuales se asignaron a las distintas
ocupaciones reales que presenta el edificio.
Los datos se ingresan en el siguiente orden:
Layout (Modelo): Corresponde al diseo del edificio, sin embargo antes de comenzar se
ingresan algunas variables de entrada como coordenadas de ubicacin del edificio,
orientacin y clima de la regin, esto con el fin de representar lo ms real posible las
caractersticas del edificio.
En esta pestaa se crea y visualiza el edificio en bloques tridimensionales como muestra
la figura 3.6.
Activity (Actividad): En esta pestaa se especifica la densidad de ocupacin que tiene
cada zona y los horarios a travs de un calendario anual que se crea en el software,
temperaturas de funcionamiento de los sistemas de climatizacin, aparatos usados por lazona con sus respectivos aportes trmicos, entre otros detalles.
Construction (Construccin): Aqu se especifican las caractersticas propias del edificio
en cuanto a materialidades. Los espesores de cada capa que constituyen los muros, cielos,
pisos, cubierta, puertas y ventanas. Cada material contiene sus propiedades trmicas
bsicas (densidad, calor especfico y conductividad trmica). Otro dato importante que se
ingresa en esta pestaa es la infiltracin de aire (tabla 3.2.) Se utiliza la ACH/h(renovaciones de aire natural).
Opening (aberturas): Se ingresa el tipo de ventanas interiores y exteriores que posee el
edificio, en este caso vidriado simple con marcos de aluminio.
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Lighting (Iluminacin) En esta pestaa se ingresan los horarios en que se encuentran
encendidas las luces del edificio adems del tipo de luminaria, con el fin de obtener las
ganancias que aportan.
HVAC (Calefaccin, Ventilacin y Aire acondicionado): Se ingresa el calendario de
ocupacin de la calefaccin, combustible gas, y el rendimiento del sistema
aproximadamente un 65%.
Una vez que se han incorporado todos los datos al sistema se visualiza el modelo y se realiza la
simulacin base para obtener los resultados.
Detalles del procedimiento en Design Builder ver Anexo B.
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Figura 3. 6 Diseo del Edificio en Design Builder
Figura 3. 7 Visualizacin del Edificio en Design Builder
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3.3.4 Simulacin de Estrategias de Mejoramiento
Una vez que se tiene el modelo listo en el software se da comienza a la primera simulacin
trmica, que corresponde a la situacin actual del Edificio, de aqu en adelante modelo base. El
software entrega una serie de resultados los cuales son seleccionados de acuerdo al estudio que seest realizando. La idea de este primer modelo es ver la demanda energtica que presenta el
Edificio, con el fin evaluar diversas estrategias de mejoramiento trmico.
Teniendo el modelo base se identifican las variables constructivas que afectan directamente el
comportamiento energtico del edificio, para este caso en particular son muros, cielo, ventanas e
infiltracin.
La evaluacin de las mejoras est basada en un mtodo estadstico matricial llamado Taguchi, el
cual permite la interaccin de variables y niveles (tabla 3.3) obteniendo una muestra aleatoria
de modelos.
Tabla 3. 3 Matriz Taguchi
Variables y NivelesNivel 1 Nivel 2 Nivel 3
Variable 1 Aislacin Muro 1,60 0,73 0,15 [U]
Variable 2
Variable 3
Aislante Cielo
Infiltracin
0,33
3,60
0,24
2,00
0,15
0,30
[U]
[ach]
Variable 4 Ventana 4,30 2,70 1,78 [U]
La matriz Taguchi contempla cuatro variables y especifica la unidad de medida de cada una de
ellas:
Variable 1: Aislacin de Muros [U transmitancia trmica en W/m2K]
Variable 2: Aislante de Cielo [U, transmitancia trmica W/m2K]
Variable 3: Infiltracin [Ach/h, renovaciones de aire]
Variable 4: Ventana [U, transmitancia trmica W/m2K]
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Tambin presenta tres niveles para cada una de las variables, el nivel 1 considera valores
cercanos o iguales a la reglamentacin trmica (Ordenanza General de Urbanismo y
Construcciones), el nivel 3 considera valores cercanos a los estndares Passivhaus y el nivel 2 un
promedio de ambos. Esto con el fin de analizar el comportamiento trmico del Edificio a
estndares exigentes y al lmite de la normativa chilena.
Completada la matriz se obtienen los datos de las simulaciones a realizar que en este caso sern
9. Esta planilla est vinculada a los datos de los niveles de la matriz.
Tabla 3. 4 Planilla para realizar simulaciones de Mejoramiento
Variables Respuesta
Punto Diseo(simulaciones)
AislacinMuro
Aislantecielo
Infiltracin Ventana Calefaccin Refrigeracin
[U] [U] [ach ] [U] [Kwh] [Kwh]
1 1,60 0,33 3,60 4,3 0 0
2 1,60 0,24 2,00 2,7 0 0
3 1,60 0,15 0,30 1,78 0 0
4 0,73 0,33 2,00 1,78 0 0
5 0,73 0,24 0,30 4,3 0 0
6 0,73 0,15 3,60 2,7 0 0
7 0,15 0,33 0,30 2,7 0 0
8 0,15 0,24 3,60 1,78 0 0
9 0,15 0,15 2,00 4,3 0 0
Los 9 diseos presentan distintos valores de acuerdo a la matriz, cada una de las simulaciones se
ingresa como proyecto nuevo en Design Builder conforme a los datos establecidos en la tabla 3.4.Las demandas de calefaccin obtenidas se ingresan en el software Qualitek el cual disea
automticamente la matriz Taguchi basada en las variables y niveles indicados, como resultado
entrega 1 grafico por cada variable analizada y una tabla ANOVA que muestra el porcentaje de
influencia de la demanda energtica de cada variable.
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3.3.5 Anlisis de las Mejoras a Travs del Software Retscreen
Una vez que se obtienen los valores ptimos para cada variable se proponen 4 posibles
alternativas de mejoramiento trmico para el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles.
Tabla 3. 5 Planilla de Mejoramiento Trmico
Aislacin muros
(W/m2K)
Aislacin Cielos
(W/m2K)
Ventanas
(W/m2K)
Infiltraciones
ach/h
Mejoramiento N1
Mejoramiento N2
Mejoramiento N3
Mejoramiento N4
Se realiza una nueva simulacin trmica en Design Builder con cada una de las alternativas
propuestas, esto con el fin de obtener la demanda energtica de cada modelo.
Otro dato importante es el costo de inversin de cada alternativa, para lo cual fue necesario
cubicar todo el Edificio y realizar un presupuesto detallado.
Teniendo estos antecedentes para cada una de las tres alternativas se ingresan al software
Retscreen, que es una herramienta de anlisis de proyectos de energa limpia, basada en Excelayuda a determinar de manera rpida y econmica la viabilidad tcnica y financiera de proyectos
de eficiencia energtica.
En la planilla Excel se ingresan los antecedentes del modelo base y mejorado, entre los que se
destacan; rea del edificio, porcentaje de eficiencia que tuvo la mejora, tipo y costo de
combustible utilizado, carga de calefaccin para el Edificio, costos de inversin para cada
mejora, tasa de inflacin y tiempo de vida del proyecto. Con todo esto el software realiza un
anlisis de rentabilidad a travs de un grafico y tasa interna de retorno. Se proyecta una vida til
del Edificio de 60 aos, lleva 20 en funcionamiento, por lo tanto, el estudio se realiza a 40 aos.
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Captulo 4 Resultados y Anlisis
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CAPTULO 4
RESULTADOS Y ANALISIS
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Captulo 4 Resultados y Anlisis
38 38Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
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CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANALISIS
4.1 Introduccin
En este captulo se dan a conocer todos los resultados obtenidos al realizar las simulaciones del
modelo en el software Design Builder correspondiente al edificio de Ingeniera de Obras Civilesen condiciones actuales y modificadas, es pertinente mencionar que el programa entrega un sinfn
de informacin respecto al comportamiento trmico del edificio, la cual es acotada y seleccionada
de acuerdo al estudio que se est realizando.
Luego, se evalan las variables ms influyentes a travs del software Qualitek, obteniendo las
posibles alternativas de mejoramiento trmico. Las que finalmente son analizada a travs del
software Retscreen de acuerdo a la rentabilidad que cada una de ellas genera a lo largo de los
aos.
4.2 Diagnstico de la situacin Actual
Al ejecutar la simulacin del modelo en Design Builder este analiza todos los datos ingresados,
realiza los respectivos clculos energticos y proporciona resultados de forma grafica y
numrica, en este caso para la situacin base del Edificio, es decir, la aproximacin mas real
actualmente.
4.2.1 Energa Anual del Edificio
Se presentan los resultados respecto de las Cargas del sistema, es decir la carga energtica que
necesita el edificio para calefaccionar o refrigerar los diferentes recintos. En este caso solo
calefaccin, ya que el edificio no cuenta con sistema de refrigeracin de ningn tipo. La demanda
energtica bajo las condiciones actuales es de 107.450 kWh anual (107,45 MWh/ao).
Un dato importante que se obtiene de los grficos es la energa anual normalizada, que consiste
en la energa utilizada en un ao para un metro cuadrado del edificio. Para el caso basecorresponde a 74,28 kWh/m2.
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Captulo 4 Resultados y Anlisis
39 39Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras
Civiles de la Universidad de La Frontera 39
Figura 4. 1 Demanda Energtica Anual
4.2.2 Ganancias Internas
El edificio y sus elementos constructivos, en su interaccin con el medio ambiente, se someten a
una serie de fenmenos de transferencia, captacin y almacenamiento de calor. En este caso las
ganancias internas como forma de energa pueden ser cuantificadas y analizadas de acuerdo al
aporte que presentan.
Figura 4. 2 Ganancias Internas Anuales.
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Captulo 4 Resultados y Anlisis
40 40Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edifi