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LÓGICAS AMBIENTALES EN EL PROYECTO ARQUITECTÓNICO

Posibilidades y límites de las energías renovables en el hábitat

Posibilidades y límites de las energías renovables

en el hábitat

Autor: Arq. Marcelo Graziani



BREVE RESEÑA DEL CONSUMO DE ENERGÍA Y FUENTES



0

2000

4000

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8000

10000

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140001980

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1996

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1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Mil

lon

es d

e to

nela

das d

e C

O2

Gas natural

Carbón

Petróleo

Fuente: U.S. Energy Information Administration

EMISIONES DE CO2 POR FUENTE



Se estima que el pico de la extracción de petróleo

ocurrirá alrededor de 2015/2020



SITUACIÓN ENERGÉTICA ARGENTINA

Fuente: Elaboración propia con datos de BEN 2015 – Secretaría de energía




Fuente: Elaboración propia con datos de BEN 2015 –

Secretaría de energía




Fuente: Elaboración de la Fundación Bariloche para

Emdesa Cemsa S.A.



CONSUMOS DE CALEFACCION Y TEMPERATURAS INTERIORES

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ALTERNATIVAS ESTUDIADAS

[ GJoules ]

0

2

4

6

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10

12

14

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18

20

[ °C ]

Proceso gradual de optimización del diseño

1.Apareadas

2.En tiras

3.En tiras de dos niveles

4.Angostas y alargadas

5.Tamaño de aberturas %

6.Mejoras en aberturas

7.Hermeticidad de aberturas

8.Aislación de cubiertas

9.Aislación de muros

10.Aislación de aberturas

11.Aislación de pisos

12.Muros solares acumuladores

13.Muros solares instantáneos

Autores: D. Perone y

E. R. Di Bernardo

ENERGÍA DE CALEFACCIÓN



EL SOL

FUENTE PRIMARIA DE TODOS LOS RECURSOS ENERGÉTICOS



ENERGÍAS RENOVABLES



SU APLICACIÓN EN EL HABITAT

• SOLAR

• EÓLICA

• MICRO HIDROELÉCTRICA

• BIOMASA

• GEOTÉRMICA




SOLAR

FOTOVOLTAICA TÉRMICA



EVALUACIÓN DEL RECURSO

http://www.ase.org.uk/cgi-bin/imageFolio/imageFolio.cgi?direct=Science/Energy_Resources/Solar&img=



EVALUACIÓN DEL RECURSO: IRRADIACIÓN

Fuente: “Atlas de Energía Solar de la República Argentina", elaborado por Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini

Enero 5,8

Febrero 5,1

Marzo 4,4

Abril 3,2

Mayo 2,4

Junio 1,9

Julio 2,1

Agosto 2,7

Septiembre 3,6

Octubre 4,7

Noviembre 5,3

Diciembre 5,5

Irradiación sobre plano

horizontal en Oliveros

Media diaria KWh/m²



EVALUACIÓN DEL RECURSO: HELIOFANÍA

Fuente: “Atlas de Energía Solar de la República Argentina", elaborado por Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini

Enero 9,5

Febrero 8,8

Marzo 7,6

Abril 6,5

Mayo 5,8

Junio 4,8

Julio 5,4

Agosto 6,1

Septiembre 6,7

Octubre 7,5

Noviembre 9,0

Diciembre 9,1

Heliofanía de Rosario

Promedios mensuales

horas/día.



•La celda de silicio es la base del módulo

fotovoltaico

•El efecto fotovoltaico permite transformar la

energía lumínica en energía eléctrica

•El silicio, convertido en un elemento

semiconductor, al ser expuesto a la luz solar,

genera una corriente eléctrica

SOLAR FOTOVOLTAICA



SILICIO

MONOCRISTALINOSILICIO

POLICRISTALINO

SILICIO AMORFO

O DE PELÍCULA

DELGADA

TIPOS DE CELDAS

SOLAR FOTOVOLTAICA



MÓDULO

SOLAR FOTOVOLTAICA



RENDIMIENTO SEGÚN RADIACIÓN INCIDENTE



RENDIMIENTO SEGÚN TEMPERATURA



DESARROLLO EN LABORATORIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Fuente: National Renewable Energy Laboratory National Center for Photovoltaics



SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INDEPENDIENTES O AUTÓNOMOS

Son aquellos en los que la única fuente de energía son los

módulos fotovoltaicos. El esquema de conexión más simple

es conectar los módulos directamente a la carga:

Módulos Carga

Ejemplos simples son cargadores de baterías, juguetes y uso

importante Bombeo de Agua. No hay acumulación de energía

eléctrica propiamente, pero en el caso de Bombeo de Agua esta

se acumula como energía potencial.




Cuando la carga tiene requerimientos de valores constante de la

tensión de alimentación y como la salida de los módulos es

fluctuante dependiendo de la intensidad de la radiación, de su

temperatura, conexiones, etc, se intercala un equipo

denominado Convertidor cc/cc. porque recibe una tensión

variable de CC y da como salida una tensión constante

predeterminada de CC. :

Módulos CargaConvertidor

cc / cc




Los sistemas fotovoltaicos más comunes son los que utilizan

algún sistema de almacenamiento de carga para los momentos

en que los módulos no generan energía. El sistema más

utilizado es la batería química. Mientras hay radiación solar los

paneles alimentan la carga y las baterías, cuando no hay

radiación, las baterías alimentan las cargas. Todo este proceso

es controlado por el convertidor cc/cc.

Módulos CargaConvertidor

cc / cc

Baterías




Dado que muchos electrodomésticos y otras cargas funcionan

con corriente alterna, es necesario contar con un dispositivo

para transformar la CC de los módulos a CA con un inversor o

convertidor.

Módulos Carga CCRegulador

de carga

Baterías Inversor Carga CA



SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADO A RED DE DISTRIBUCIÓN

Otra variante es la conexión al sistema interconectado de

distribución de energía eléctrica. Estos sistemas funcionan

utilizando energía sin acumulación y entregando a la red la energía

no consumida. Durante las horas sin radiación, se toma energía de

la red. La tarifa del servicio es un balance entre lo entregado y lo

consumido.

Módulos

ConmutadorInversor

Red de distribución eléctrica

Carga CA

M M

Regulador

de carga



CONSIDERACIONES DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

• La eficiencia de la captación escasamente supera una eficiencia

del 44%

•Las condiciones de radiación son fluctuantes debido a diversos

factores, lo que hace que su aplicación es más conveniente en

regiones de buena heliofanía. La aplicación en regiones donde hay

mermas importantes en la radiación, necesitan de grandes bancos

de baterías lo cual hace muy costosa la inversión.

•Ejemplo: para la ciudad de Rosario que tiene una distribución

monofásica hasta 40 A, serían necesarios aproximadamente 600 m²

de paneles solares para un consumo permanente en las 24hs. Este

análisis es forzado, porque utilizar este tipo de fuente tiene que ir

acompañado de otro forma de utilizar la energía más eficiente.

• Los promotores de estos sistemas NO hablan de los costos

energéticos de construcción, ni de deposición final de residuos.



IMÁGENES DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

BARRIO EN JAPÓN




Friburgo - Alemania




Arq. Rolf Disch - Alemania




Escuela – albergue Nº 952 - El Lucero – San Cristobal – Santa Fe (1995)




Parque fotovoltaico Kurnool Ultra Mega Solar Park (India). El parque utiliza más de 4 millones de

paneles solares con una capacidad de 315 vatios cada uno. El parque solar Kurnool genera cerca de 8

GWh al día. Ocupa una superficie de 2400 hectáreas. La inversión es de 1100 millones de dólares.



• GRAN ESCALA

• USO PARTICULAR

SOLAR TÉRMICA

• Generación de energía eléctrica

• Calentamiento de agua

• Sistemas pasivos:

• Acumulación

• Instantáneo



SOLAR TÉRMICA – GRAN ESCALA

La planta PS20 EN Sevilla, España. Está formada por un campo solar de 1255 helióstatos. Cada helióstato de 120

metros cuadrados de superficie refleja la radiación solar que reciben sobre el receptor situado en la torre de 165

metros de altura produciendo el vapor que permite la generación de electricidad en la turbina.

Potencia de 20 megavatios que alimenta el consumo de 10000 hogares evitando una emisión de 12000 toneladas

de CO2. Superficie 80 hectáreas. (Departamento Rosario: 392.000 hogares s/ censo 2010).



SOLAR TÉRMICA – GRAN ESCALA

Un dispositivo parabólico que refleja la luz del sol a un tubo de fluidos. En este caso, se trata de

un aceite sintético se calienta a 800 C por la luz del sol, contenido el tubo. Hay filas y filas de

estos colectores y el aceite caliente es bombeado a un bloque central de generación. En este

lugar, el aceite caliente va a una caldera, hace vapor y esté es usado por una turbina de vapor



SOLAR TÉRMICA – USO PARTICULAR

CALEFÓN SOLAR: FUNCIONAMIENTO




CALEFÓN SOLAR




SISTEMAS PASIVOS



Jaques Michel & Félix Trombe - Solar House - Odeillo, Font-Romeu-Odeillo-Via, France - 1967


SISTEMAS PASIVOS




SISTEMAS PASIVOS

MURO TROMBE-MICHEL




• SOLAR

• EÓLICA


• BIOMASA

•GEOTÉRMICA




EÓLICA – GENERACIÓN DE VIENTO



EÓLICA



EÓLICA – VIENTOS LOCALES

• DE NATURALEZA MECÁNICA

• DE NATURALEZA TÉRMICA

• BRISA DE MAR

• BRISA DE VALLE Y MONTAÑA

• VIENTOS CATABÁTICOS

• BRISA DE BOSQUE



EÓLICA



EÓLICA – ALTA POTENCIA




Estación de Energía Eólica No. 2 de Bancheng - Xinjiang – China



EÓLICA – BAJA POTENCIA

Molinos para molienda -

Criptana - Ciudad Real - España

Molino para

bombeo de agua




0,5 a 1 kW 10 a 15 kW




2 kW Suplementaria




• SOLAR

• EÓLICA


• BIOMASA

•GEOTÉRMICA




MICROHIDROELÉCTRICA

340 W – 24v cc Salto de 14 a 18m - 1100 W –

230v ca – 50hz




Salto de 11 m - 10000 W – 230v ca – 50hz – Caudal: 165 lts/seg




Rendimiento:

100 W para flujo de 1,8 m/s



230v ca – 50hz



CONSIDERACIONES SOBRE MICROHIDRAÚLICA

• Su aplicación está directamente relacionada con la disponibilidad

de un curso de agua.

• Es una fuente permanente de energía con fluctuaciones que

pueden ser absorbidas o no por el tipo equipo (Posibilidad de

salto de agua).

• Es posible integrarlo a redes de distribución

• Aunque pueda considerarse relativamente de bajo impacto

ambiental, el mismo existe y debe ser evaluado




• SOLAR

• EÓLICA


• BIOMASA

• GEOTÉRMICA




BIOMASA

Es el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal y los

materiales que proceden de su transformación natural o artificial.

Incluye específicamente los residuos procedentes de las actividades

agrícolas, ganaderas y forestales, así como los subproductos de las

industrias agroalimentarias y de transformación de la madera.

Están, además, los llamados cultivos energéticos para la producción

de biomasa lignocelulósica, orientada a su aplicación mediante

combustión o gasificación



BIOMASA



BIOMASA BIOGAS



BIODIGESTOR

BIOMASA BIOGAS



BIOMASA BIOGAS



BIODIGESTOR DOMICILIARIO

BIOMASA BIOGAS



CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 890 kJ/mol (39883 kJ/m³)

PRODUCCIÓN DE BIODIGESTOR

• 50 a 70% de CH4

• 30 a 40% de CO2

• 0 a 5% de H2; H2S (ácido sulfhídrico) y otros gases

COMBUSTIÓN DEL METANO

BIOMASA BIOGAS

Cc gas natural de redes = 9300 Kcal/m³ = 38911 KJ/m³



INODORO SECO

BIOMASA ABONO



BIOMASA ABONO



BIOMASA: RESIDUOS FORESTALES



BIOMASA: PELLETS

Dimensiones:

Largo 10-30mm ; ø 6-10mm

Densidad:

650 a 700 Kg/m³

Energía de combustión

4,7 a 5 kWh/Kg (16,9-18 kJ/Kg)

La energía de 1 m³ de pellets equivale aproximadamente a 3,9 m³

de chips (con la misma madera).



BIOMASA: PELLETS

CALDERA DE PELLETS



BIOMASA: PELLETS

La energía de 1 m³ de pellets equivale aproximadamente a 3,9 m³

de chips (con la misma madera).

ESTUFAS DE PELLETS



BIOMASA: PELLETS




• SOLAR

• EÓLICA


• BIOMASA

• GEOTÉRMICA




GEOTÉRMICA

+ 3,3 C cada 100 m de

profundidad



GEOTÉRMICA

1 – Mayo

2 – Agosto

3 – Noviembre

4 – Febrero



GEOTÉRMICA

Canalizaciones

y tomas de aire

TUBO ENTERRADO



GEOTÉRMICA

TUBO ENTERRADO



Fuente: INTERCAMBIADORES TIERRA – AIRE PARA CLIMATIZACIÓN PASIVA DE EDIFICACIONES. Posibilidades de

aplicación en Venezuela. Arq. Lorenzo Romero Ernesto

GEOTÉRMICA

MEDICIONES DE TUBO ENTERRADO



GEOTÉRMICA

SISTEMA ACTIVO

Aproximadamente a partir de los 15 m de profundidad, y

hasta unos 200 m, se puede hacer aprovechamiento de

energía geotérmica.



GEOTÉRMICA

SISTEMA ACTIVO

El equipamiento que necesita este tipo de

operaciones.

Obtención de energía con bomba de calor



GEOTÉRMICA

SISTEMA ACTIVO

1 – Sistema cerrado vertical

2 – Sistema cerrado horizontal

3 – Sistema abierto 1

2 3




• SOLAR

• EÓLICA


• BIOMASA

•GEOTÉRMICA




Localización de potenciales recursos

renovables en la República Argentina – Fuente:

Secretaría de Energía



CONSUMOS DE CALEFACCION Y TEMPERATURAS INTERIORES

0

5

10

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20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ALTERNATIVAS ESTUDIADAS

[ GJoules ]

0

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6

8

10

12

14

16

18

20

[ °C ]

Ajustes de diseño

Aislaciones

Solar

Original Ti

Aberturas



RECURSOS PARA DISMINUIR EL IMPACTO AMBIENTAL



ELIMINACIÓN DE AGUAS RESIDUALES




ELIMINACIÓN DE AGUAS RESIDUALES


TERRENO DE INFILTRACIÓN




RECUPERACIÓN DE AGUA




APROVECHAMIENTO DE AGUA PLUVIAL




ESTIMACIÓN DEL RECURSO AGUA PLUVIAL




RETARDO DEL AGUA PRECIPITADA





Ordenanza Nº 8334/2008Para construcciones de más de 23 metros de altura o más de 500 m² de superficie impermeabilizante





Diferencia de

temperatura

entre el césped

y el aire :4,5ºC

Fuente: Medida de la temperatura del césped mediante termometría infrarroja como indicador del estado hídrico - J. Soler

Rovira e I. Fuentes Prieto - Departamento de Producción Vegetal: Fitotecnia, Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica

Agrícola, Universidad Politécnica de Madrid - España.




SUPERFICIE VEGETAL

posibilidades y límites de las energías renovables en el ... · 4.angostas y alargadas 5.tamaño...

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