“USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.” Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco.
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“USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.” Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco. “USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.” Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco. Presentation Transcript

  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO. Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco. Alumna, Camila Griffero Profesora Guía, Jeannette Roldán Santiago de Chile. Noviembre, 2009.
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN CONTENIDO Pág. CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 4 1.1. Origén del tema. 5 1.2. Fundamentos. 7 1.3. Objetivos e Hipótesis de la Investigación. 14 1.4. Metodología de la Investigación. 15 CAPITULO 2. ENERGÍA GEOTÉRMICA. 16 2.1. Campos Geotérmicos. 17 2.2. Centrales geotérmica. 24 2.3. Usos directos de la energía geotérmica. 26 2.4. Ventajas y desventajas de la energía geotérmica. 30 2.5. Desarrollo de la energía geotérmica en el mundo. 31 2.6. Desarrollo de la energía geotérmica en Chile. 34 2.7. Caso IX Región. 36 2.8. Central geotérmica de generación eléctrica, San Gregorio. 38 CAPITULO 3. SISTEMA DE CALEFACCIÓN DISTRITAL. 39 3.1. Funcionamiento y componentes del sistema de calefacción distrital. 42 3.2. Consideraciones Económicas. 51 3.3. Ventajas y desventajas de la calefacción distrital. 52 3.4. Ejemplos de calefacción distrital. 53 Santiago de Chile. Noviembre, 2009.
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN CAPITULO 4. SITUACIÓN ACTUAL DE TEMUCO. 75 4.1. Ubicación y Geografía. 77 4.2. Clima y Población. 78 4.3. Características urbanas. 79 4.4. Sistemas de calefacción y su incidencia en la Contaminación Atmosférica. 83 CAPITULO 5. CALEFACCIÓN DISTRITAL GEOTÉRMICA PARA TEMUCO. 94 5.1. Emplazamiento del nuevo sistema. 96 5..2. Tramo 1. Trayecto Central San Gregorio – Subcentral 1. 98 5.3. Tramo 2. Trayecto Subcentral 1 –Temuco. 105 5.4. Factibilidad de la Red. 123 5.5. Subcentral. 131 5.6. Posibles usos del sistema en meses cálidos. 133 5.7. Etapas y formas de aplicación del proyecto. 135 CAPITULO 6. CONCLUSIÓN. 143 BIBLIOGRAFIA. 147 Santiago de Chile. Noviembre, 2009.
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION CAPITULO 1. INTRODUCCION. 4
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.1. Origen del tema Durante los últimos años, en el país se han implementado fuertes iniciativas para fomentar el desarrollo de energías renovables no convencionales y hacer un uso eficiente de los recursos energéticos. Sin embargo, para hacer un uso realmente eficiente de los recursos, es necesario un trabajo en conjunto entre organizaciones estatales, centros privados de investigación, empresas y usuarios, de modo que los residuos de un sector sean la materia prima de otros y exista una menor perdida de energía y seguramente una disminución en los niveles de contaminación. En este mismo contexto, existe un sistema de ahorro de energía apenas desarrollado en Chile, se trata de la cogeneración, que es la generación simultánea de dos ó mas formas diferentes de energía con la utilización del mismo equipo y del mismo combustible. Lo más frecuente es la generación simultánea de fuerza (energía mecánica y eléctrica) y calor, por ejemplo aprovechar el calor residual de procesos industriales o de centrales de generación de energía eléctrica. Provocando una disminución del consumo de energía y/o una mayor eficiencia energética de la planta o proceso. Según GTZ, empresa alemana de cooperación internacional, de acuerdo al grado de industrialización de Chile y basados en su experiencia internacional, el potencial de generación eléctrica a través de cogeneración en Chile, debiera ser entre 1.000 y 1.300 MW. *1 Fig. 1 Desarrollo de la cogeneración en algunos países del mundo [% de generación eléctrica total] 5 *1 y Fig. 1. ENRIQUE WITTWER. La cooperación alemana en el fomento a la E.E. en Chile y algunos alcances sobre el tema de la cogeneración.[en linea] Sitio Web Colegio de Ingenieros de Chile. www.ingenieros.cl/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=657&Itemid=.
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION A pesar de que el desarrollo de estos sistemas implica un gran desafío, debiésemos intentar su aplicación en las ciudades con mayores problemas ambientales y donde se ve afectada gran parte de la población, como es el caso de Temuco. En esta ciudad el tradicional sistema de calefacción a leña, caracterizado por equipos que carecen de la tecnología adecuada para mantener una combustión baja en contaminantes, mas el uso de leña de bajos estándares de calidad, con elevados porcentajes de humedad y la inadecuada conservación de calor en las viviendas, han llevado a elevados índices de contaminación atmosférica, al punto de ser declarada zona saturada junto con la comuna de Padre las Casas en el año 2005.*2 Existe sin embargo, un proyecto energético de origen renovable y absolutamente no convencional, que podría ser el primer caso de aplicación de un sistema de cogeneración a gran escala en Chile. Se trata de la futura “central geotérmica de generación eléctrica San Gregorio”, anunciada en Mayo de este año y que comenzara a funcionar a fines del año 2012.*3 Si esta central fuera de cogeneración, es decir aprovechara el vapor extraído no solo para generación eléctrica, sino también para calentar un fluido, este podría utilizarse para calefaccionar las viviendas de Temuco de un modo limpio y económico, contribuyendo a disminuir la contaminación atmosférica actual. En esta investigación, veremos en que consiste la energía geotérmica y como sus diferentes aplicaciones podrían beneficiar a la ciudad de Temuco y al área rural que se encuentra entre esta ciudad y la central. 6 *2. CONAMA. Resolución Exenta Nº 1190 . Aprueba Anteproyecto de Plan de Descontaminación Atmosférico para las comunas de Temuco y Padre las Casas. [en linea] Sitio web Plan de Descontaminación Atmosférica en Temuco y Padre las Casas. www.pdatemucopadrelascasas.cl/_documentos/_anteproyecto/Anteproyecto PDA.pdf *3. Revista Elecctricidad Interamericana. Descubrimiento geotérmico de GGE Chile. La nobleza de Arauco profundo y ardiente. www.revistaei.cl/revistas/index_neo.php?id=477
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.2 Fundamentos. En las primeras décadas del siglo XX, el petróleo reemplazo al carbón como principal energético del mundo; debido a sus mejores condiciones como combustible y su facilidad de transporte. Desde entonces, el hombre desarrollo tecnología en base a este combustible, tornando a los diversos sectores cada vez mas dependientes a el. Debido a esto, tras la crisis petrolera del 70`, los países toman conciencia, de lo trascendente que es este combustible para su forma de vida. Comienzan políticas energéticas destinadas a diversificar los combustibles utilizados y a hacer un uso mas eficiente de ellos. En Chile por ejemplo, se crea para estos mismos fines en Mayo de 1978, la Comisión Nacional de Energía.*4 La preocupación por temas ambientales comienza algunos años mas tarde, de modo que hacia los años ochenta se enfocaba principalmente en los daños ambientales locales (partículas en suspensión, contaminación del agua, metales pesados, conservación de la vida silvestre). Para los años noventa se hizo evidente que los daños ambientales, estaban vinculados a temas relacionados con la salud pública y en el caso de pérdidas forestales y de biodiversidad, estaban relacionados con las formas de vida tradicionales. De este modo, los temas de políticas medioambientales, energéticas y sociales se entrelazan y en 1992 se realiza La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, estableciendo una serie de acuerdos por medio de los cuales los países de todo el mundo se unen para hacer frente a estos problemas. En Chile, los temas energéticos se encuentran regulados principalmente por la Comisión Nacional de Energía (CNE) y los temas ambientales por la Comisión Nacional de Medio Ambiente (CONAMA). Desde el punto de vista energético, Chile es un país importador neto de energía, altamente vulnerable y con una matriz crecientemente dependiente de los hidrocarburos y otros combustibles fósiles.*5 Bajo este contexto y en la búsqueda de un desarrollo energético sustentable, el país enfrenta enormes desafíos que pueden clasificarse en tres áreas de acción: •Abastecimiento seguro, oportuno y de calidad. •Equidad en el suministro y costos razonables. •Producción limpia, de bajo impacto ambiental e uso eficiente de los recursos energéticos. 7 *4. Sitio web Direccion de Bibliotecas, Archivos y Museos DIBAM. www.dibam.cl/archivo_nacional/pdf/fondos/comision_nacional_energia.pdf *5 . CNE. Balance Energetico año 2008. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/06_Estadisticas/Balances_Energ.html
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION Bases que el estudio “Contexto y Enseñanzas Internacionales para el Diseño de una Estrategia Energética a Largo Plazo para Chile” organiza en el siguiente esquema. *6 Carbón Reducir dependencia de importaciones Gas Seguridad Hidroeléctrica Reducir riesgo de interrupción de Nuclear suministro nacional Renovables Transporte Mejorar eficiencia energética Industria Metas de la Económica/ política Residencial/ social energética Comercial Asegurar acceso universal Reducir efectos sobre el cambio climático global Medioambiente Proteger ecosistemas locales Fig. 2. Objetivos claves de la Política Energética. 8 *6 y Fig. 2. DALBERG GLOBAL DEVELOPMENT ADVISORS. Contexto y Enseñanzas Internacionales para el Diseño de una Estrategia Energética a Largo Plazo para Chile. [en linea] Sitio Web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION Entre los pasos que sigue el gobierno en camino a un desarrollo sustentable, destacan los esfuerzos por fomentar el desarrollo de energías renovables no convencionales y hacer un uso eficiente de los recursos energéticos. Como energías renovables no convencionales (ERNC), según la Comisión Nacional de Energía (CNE), se consideran la energía eólica, solar, geotérmica y mareomotriz. Además, existe una amplia gama de procesos de aprovechamiento de la energía proveniente del uso de la biomasa que pueden ser catalogados como tales y en cuyo caso, su inclusión como no convencional, dependerá del proyecto y del origen de la biomasa. De igual manera, el aprovechamiento de la energía hidráulica en pequeñas escalas se suele clasificar en esta categoría. El desarrollo de este tipo de energías es importante, porque efectuadas de manera moderna y eficiente, permitirían: •Diversificar la matriz energética para la producción de calor, combustibles líquidos y electricidad. •Reducir la contaminación y emisiones, provocadas por los sistemas de energías convencionales. •Disminuir la dependencia y el gasto de combustibles importados. •Facilitar el acceso a los servicios energéticos en sectores rurales, semi-rurales y aislados. •Desarrollar proyectos productivos y servicios en regiones aisladas y remotas, contribuyendo a economías locales y a la creación de empleos. Un ejemplo de las medidas implementadas por el gobierno en este sentido, es la creación de leyes que promueven el desarrollo de estas energías, como: •La ley Nº 19.657, que entro en vigencia en Enero del año 2000. Regula la energía geotérmica; las concesiones y licitaciones para la exploración o la explotación de energía geotérmica; servidumbres; condiciones de seguridad que deban adoptarse y relaciones entre las partes interesadas.*7 •La Ley Nº 19.940, que entro en vigencia el 13 de Marzo del año 2004. Exime en forma total o parcial del pago de peajes por uso de instalaciones de transmisión troncal a energías de generación renovable no convencional.*8 •La ley Nº 20.257, que entro en vigencia en Abril del año 2008. Introduce modificaciones a la Ley General de Servicios Eléctricos, dictando que a partir del año 2010 las empresas comercializadoras de energía con capacidad instalada superior a 200 MW, deberán acreditar que un porcentaje de la energía comercializada anualmente , proviene de medios de generación renovable no convencional, pudiendo ser estos medios propios o contratados.*9 9 *7. MINISTERIO DE MINERIA DE CHILE. Ley sobre Concesiones de Energia Geotermica, ley nº 19.657.Sitio Web Ministerio de MIneria. www.minmineria.cl/574/articles-4534_recurso_1.pdf *8 y *9. ALEJANDRO VERGARA BLANCO. Nueva legislación sobre Energía Renovable No Convencional (ernc).Regulación eléctrica sin regulación sectorial. www.elecgas.cl/pdf/2008/modulo_7/Alejandro_Vergara.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION Además de este marco regulatorio, se han implementado instrumentos de apoyo directo a la inversión, como: •La ley de Franquicia tributaria, para la adquisición e instalación de colectores solares para agua caliente sanitaria. Entrega una franquicia tributaria -que va entre un 20% a un 100% del valor del sistema solar térmico- a la instalación de colectores solares en viviendas nuevas de hasta 4.500 UF.*10 •El Subsidio contingente para perforación profunda geotérmica. Busca fomentar la implementación de programas de exploración profunda de éstos recursos, en áreas que cuentan con una concesión de exploración geotérmica vigente. Este subsidio podrá cubrir parte de los costos, incurridos por las empresas que hayan perforado pozos de exploración profunda sin éxito. *11 •Crédito CORFO Energía Renovable No Convencional (CCERNC). Crédito de largo plazo o leasing bancario, financia inversiones de empresas privadas que desarrollen sus actividades productivas en el país para la implementación de proyectos de generación y transmisión de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) y de proyectos de ERNC para usos distintos de generación y distribución eléctrica. El financiamiento es otorgado por bancos comerciales, con recursos de CORFO y de Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) de Alemania. *12 •Programa de Preinversión en Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Apoyo a proyectos para la generación de energía, a partir de fuentes renovables, que sean seleccionados de acuerdo al Protocolo de Kyoto, subsidiando estudios de Pre Inversión o asesorías especializadas. *13 •Crédito CORFO Eficiencia Energética. Crédito de largo plazo o leasing bancario que permite a las empresas, realizar las inversiones requeridas para la implementación de proyectos de optimización del uso energético y la reducción de costos asociados a su utilización.*14 Durante el año 2008, la capacidad instalada de generación eléctrica en Chile fue de 13.137 MW, de los cuales apenas el 2,7% es decir 349 MW fueron generados en base a fuentes energéticas renovables no convencionales.*15 Sin embargo como podemos ver en la tabla 2, el potencial del país es altísimo, a tal punto que en la actualidad solo se habría instalado el 3,21% del potencial técnicamente factible para el año 2025.*16 10 *10. Sitio web Comision Nacional de Eenergia . www.cne.cl/cnewww/opencms/02_Noticias/noticia_detalle.jsp?noticia=/02_Noticias/10.0.1.1.energia/10.0.1.1.3.ernc/f_noti11_08_2009.html •11.. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/02_Noticias/noticia_detalle.jsp?noticia=/02_Noticias/10.0.1.1.energia/10.0.1.1.3.ernc/FNoti_03septiembre2009.html *12, *13 y *14. Sitio web Corporacion de Fomento de la Produccion . www.corfo.cl/lineas_de_apoyo *15. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/06_Estadisticas/energia/ERNC.html *16. Sitio Web Centro de Ciencias Ambientales EULA-CHILE. Universidad de Concepcion. www.eula.cl/doc/chile_new_renewables.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION Capacidad total instalada de generación eléctrica en Chile: 13.137 MW Fuente SING SIC Aysén Magallanes Total Hidraulica > 20 MW 0 4.781 0 0 4.781 ERNC 0,4% SING 27,4% 3.602 MW Convencional 99,6% Comb. Fosiles 3.589 4.292 28 99 8.007 Total Convencional 3.589 9.073 28 99 12.788 Hidraulica < 20 MW 13 129 21 0 162 Biomasa 0 166 0 0 166 Eolica 0 18 2 0 20 Geotermica 0 0 0 0 0 Total ERNC 13 313 23 0 349 Total Nacional 3.602 9.386 50 99 13.137 ERNC 3,3% SIC 71,4% 9.386 MW Convencional 96,7% Porcentaje de ERNC 0,4 % 3,3 % 45 % 0% 2.7 % Tabla 1. MegaWatts instalados de ERNC, por sistema de transmisión. Fuente ERNC Factor Planta Escenario Inicial Potencial Bruto Potencial Técnicamente Factible Año 2007 2025 Hidraulica 0,6 117 20.392 3.003 Geotermica 0,8 0 16.000 1.500 ERNC 45,0 % Aysén 0,4% 50 MW Convencional 55,0% Eolica 0,3 18 40.000 1.500 Biomasa 0,8 191 13.657 3.249 Solar 0,2 0 100.000 1.051 FV 0,15 0 1.000 500 ERNC 0,0 % Magallanes 0,8% 99 MW Convencional 100% Total MW 326 191.067 10.803 SIC 8.608 22.736 22.736 Porcentaje SIC 3,80 % 840 % 14,7 % Fig. 3. Capacidad Instalada de Generación Eléctrica por Sistema, año 2008. Tabla 2. Capacidad de potencia instalable, periodo 2008-2025 (en MW) 11 Fig. 3 y Tabla 1 Comisión Nacional de Energía. Tabla 2. Universidad Federico Santa Maria, 2008.
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION En cuanto al uso eficiente de los recursos energéticos, la organización que lidera esta tarea en Chile es el Programa País de Eficiencia Energética. Desde su creación en el año 2005, ha realizado importantes esfuerzos de articulación de actores públicos y privados para promover la eficiencia energética, ha definido líneas de acción a desarrollar y realiza Planificación Paisajista diversas actividades, siendo su gran prioridad la inserción del concepto de eficiencia energética en la temática nacional. Abastecimiento de agua y saneamiento Esta institución tiene por lo tanto un enorme campo de acción, actuando en forma transversal e incluyendo áreas tan diversas como vivienda, industria, transporte, en Gestión de desechos diferentes escalas y ámbitos, como gestión, educación, financiamiento, etc… Sin embargo, a mi parecer y tras comparar el caso de Chile con exitosas experiencias extranjeras, como Suecia en el uso eficiente de los recursos e Islandia con su independencia energética en Tráfico y base a energías renovables, falta en Chile un propósito mayor, un objetivo central que transporte regule todas las tareas y se trata del la mancomunion de esfuerzos por parte de todos los sectores de la sociedad a favor de un uso eficiente de los recursos. Interesados del sector publico y Arquitectura privado Como explica la empresa sueca Symbiocity: “Por motivos administrativos y prácticos, las funciones de la ciudad se han ido separando unas de otras. Los residuos del hogar se llevan a vertederos. Las aguas residuales se tratan en centrales depuradoras. Los residuos líquidos se vierten en ríos o lagos. Los atascos de tráfico se gestionan mediante la Energía planificación. Se lucha contra la contaminación del aire con tecnología de limpieza de “final del proceso” (end of pipe), etc. En pocas palabras, los problemas individuales se abordan con una solución tecnológica, urbana u otra, pero siempre de forma aislada. Esto no tiene sentido, puesto que se pueden conseguir grandes ganancias si sabemos reconocer los vínculos invisibles y explotar mejor las sinergias entre los sistemas.” *17 Funciones Urbanas Fig. 4. Esquema Symbiocity, integraciones de elementos urbanos. 12 *17 y Fig. 4. www.symbiocity.org Un efecto sinergético se define como las ganancias potenciales que resultan cuando los sistemas se coordinan. Se trata de conseguir más por memos).
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION Ejemplos de Subsistemas Urbanos Conectados: •DESECHOS + ENERGÍA: Sería posible conseguir un crecimiento económico más eficiente si las ciudades recogieran la basura destinada a los vertederos y la utilizaran para producir energía. Lo que además tiene como ventaja añadida librarse de los vertederos contaminantes. •AGUA + ENERGÍA + TRANSPORTE: Las modernas tecnologías de limpieza pueden extraer agua potable saludable de las aguas residuales domésticas. Estas aguas residuales, junto con los bioresiduos de los hogares pueden tratarse como un recurso; por ejemplo, como material de producción de biogás para el sector de los transportes o como fertilizante para la agricultura. •FUNCIONES URBANAS + ENERGÍA El calor residual de las operaciones industriales puede utilizarse para calentar el fluido de la red de calefacción distrital. De este modo, si se combinan en una estrategia común, nuestras inversiones en infraestructura crearán muchos más beneficios y nos ahorrarán enormes cantidades de dinero. 13
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.3 Objetivos e Hipótesis Objetivos Generales: El objetivo principal de esta investigación, es ser un avance en la búsqueda de un sistema de calefacción de bajo impacto ambiental, eficiente, económico y alimentado por energéticos propios del sector cercano a Temuco, que permita en cierta medida reemplazar el sistema de calefacción actual de Temuco, reduciendo con ello las emisiones contaminantes. Determinando requerimientos y características generales, formas y lugares de aplicación, beneficios y problemáticas del sistema propuesto. Objetivos Específicos: •Determinar las características técnicas generales, de una red de calefacción urbana de origen geotérmico en Temuco . •Determinar las características técnicas generales de una red de agua caliente, con fines agropecuarios , forestales y turísticos, en la zona rural entre Temuco y la central geotérmica. •Determinar factibilidad técnica del sistema, según los antecedentes disponibles. Hipótesis ¿Es posible, incorporar un sistema de calefacción distrital geotérmico en la ciudad de Temuco , que permita disminuir el uso de leña en esta ciudad? 14
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.4 Metodología de la Investigación •Investigación de antecedentes. Como primer paso, en esta investigación se procederá a recopilar información sobre el origen de la energía geotérmica, sus formas de explotación, su desarrollo en Chile y el mundo y la diversidad de usos que esta energía ofrece. Para poder comprender el funcionamiento de las centrales geotérmicas y sistemas de calefacción distrital y tener una idea de los componentes de ambos sistemas, los requerimientos y beneficios que podrían otorgar. •Investigación de casos. Se investigara sobre algunas centrales geotérmicas de cogeneración, cuyo calor es destinado a calefacción distrital en ciudades de Alemania e Islandia. Específicamente: Neustad-Glewe, Landau, Altheim y Unterhachin en Alemania y Reykjavik en Islandia. Se eligieron estos casos, principalmente debido a la disponibilidad de información y pretenden servir como referencias en cuanto a la relacion: potencia termica/ potencia electrica / capacidad / temperatura inicial del fluido numero de usuarios Entregando paramentos que posteriormente serán aplicados al proyecto de Temuco. • Evaluación del contexto. Para posteriormente aplicar la información técnica obtenida, veremos las condiciones actuales de Temuco y el área rural entre esta ciudad y la futura central. •Aplicación de antecedentes y referencias al lugar del proyecto. En esta etapa, se definirá el área de aplicación del proyecto, el emplazamiento de la red y las características generales de un sistema de calefacción distrital de origen geotérmico en el contexto antes detallado. 15
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA. 16
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Por siempre la tierra a brindado al hombre la energía necesaria para su sobrevivencia y desarrollo. Sin embargo, de la variedad de energias disponibles, hemos sobre explotado los recursos energéticos agotables como carbón, petróleo y gas, causando fuertes impactos sobre la salud y el medio ambiente. Durante las ultimas décadas, han tomando protagonismo las fuentes energéticas de carácter renovable; entre las cuales se encuentra la energía geotérmica. Las fuentes energéticas presentes en la tierra como la energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica, etc. , pueden clasificarse como recursos térmicos o mecánicos que permiten el funcionamiento de dispositivos productores principalmente de energía eléctrica, energía fácil de transportar y de reconvertir en otro tipo de energía. En el caso de la energía geotérmica, que se encuentra en el interior de la tierra y aprovecha el calor contenido en ella, sus usos son térmicos y mecánicos pues se aprovecha el calor y la fuerza del vapor extraído. 2.1 Campos Geotérmicos Para entender el origen de la energía geotérmica analizaremos, los procesos que ocurren en el interior de la tierra. Como vemos en la figura 5, el interior de la tierra es conformado por varias capas que aumentan de temperatura al acercarse al núcleo central. Esa variación de temperatura es conocida como gradiente geotérmico . El núcleo central, que posee el globo terráqueo en su interior, tiene una temperatura que alcanza los 6.000°C, temperatura causante de que enormes cantidades de roca se transformen en un fluido conocido como magma. El magma, ubicado en la capa que llamamos manto, alcanza temperaturas de 600ºC a 4.000ºC y por fenómenos físicos tiende a salir a la superficie en aquellas regiones más porosas de la corteza o en donde existan fallas, así es como en ocasiones quiebra la corteza y llega a la superficie a través del fenómeno natural que conocemos como volcanes, aquí el magma pasa a llamarse lava. Finalmente, la envoltura mas externa de la tierra corresponde a la corteza terrestre, esta constituye un extenso yacimiento de recursos geotérmicos; en esta capa las temperaturas van desde los 15ºC a los 600ºC. 17
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA La diferencia de temperatura, entre zonas calientes profundas y zonas superficiales más frías genera un flujo de calor hacia la superficie, tendiendo a crear condiciones uniformes de temperatura. De esta forma, a profundidades accesibles mediante perforaciones con tecnologías modernas, esto es sobre 3.000 metros, el gradiente geotérmico promedio es alrededor de 25 a 30°C/km. *18 Por ejemplo, a temperatura ambiente media anual de 15°C, podemos razonablemente asumir una temperatura de 65 a 75°C a 2.000 metros de profundidad, 90° a 105°C a 3.000 metros de profundidad y así para otros miles de metros. Sin embargo, hay regiones en la tierra en las cuales el gradiente es muy diferente al valor promedio, a escala global este fenómeno se ve reflejado en el área conocida como cinturón de fuego del pacifico. Para explicar por que ocurre esta concentración de áreas con mayor potencial geotérmico, debemos entender que hacia el interior de la tierra no solo varia la temperatura sino también las propiedades físicas y químicas de esta. Fig. 5 Estructura interna de la tierra Fig. 6 Cinturón de fuego del pacifico. Áreas con fuerte actividad volcánica y mayor potencial geotérmico. 18 *18. DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea] Sitio Web International Geothermal Association www.geothermal-energy.org Fig. 5. www.kalipedia.com Fig. 6 . www.trujillexx.blogspot.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Como vemos en el modelo dinámico, la capa mas exterior que anteriormente llamábamos corteza, adquiere el nombre de Litosfera y parte del manto superior es llamado Astenósfera. La Litosfera se conforma de secciones rígidas que se mueven por bloques, denominados placas tectónicas y pueden ser continentales u oceánicas, estas son formadas por rocas mas pesadas, densas y frías. La Estanosfera en cambio es maleable y conformada por rocas calientes profundas, menos densas y mas livianas que el material circundante. Esta combinación de características físicas, genera desde hace millones de años, que en ciertos puntos donde la litosfera es mas delgada y especialmente en áreas oceánicas, la Astenósfera ascienda a la superficie, mientras la Litosfera en otros puntos tiende a hundirse, se recalienta y asciende a la superficie una y otra vez . Los lugares donde la Litosfera tiende a hundirse, son conocidos como zonas de subducción y aquellos donde tiende a separarse, se llaman zonas de convecciòn. Estos procesos son ilustrados en la Figura 8. Zona de fractura Placa Oceánica Placa Continental Subducció n Convección Fig. 7. Modelo dinámico del interior de la tierra Fig. 8. Procesos de la Placas Tectónicas 19 Fig. 7 y 8. www.kalipedia.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Debido al movimiento de estas placas explicado en la pagina anterior, sus bordes son sometidos a fuertes tensiones provocando zonas de la corteza débiles y densamente fracturadas, caracterizadas por una intensa sismicidad, un gran número de volcanes y un alto gradiente geotérmico, debido al ascenso del magma hacia la superficie. En la figura 9, se puede apreciar la relación entre las áreas de mayor potencial geotérmico y los bordes de la placas tectónicas. Este calor entonces, es el que genera campos geotérmicos aprovechados por centrales geotérmicas, en los cuales la temperatura máxima que puedan obtener varía según, la profundidad que alcancen los pozos de extracción y la ubicación geológica que tengan. Las flechas muestran la dirección del movimiento de las placas hacia las zonas de subducción 1) Dorsales meso-oceánicas cruzadas por largas fracturas transversales. 2) Zona de subducción. 1) 2) Fig. 9. Relación placas tectónicas y Áreas de mayor potencial geotérmico. 20 Fig. 9. DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea] Sitio Web International Geothermal Association. www.geothermal-energy.org . Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.1.1 Componentes de un campo geotérmico Los campos geotérmicos, se componen de cuatro elementos: •La fuente de calor, es el magma a una temperatura de entre 600-900°C, que contenido a menos de 10 Km. de profundidad trasmite el calor a las rocas aledañas o también puede ser el calor normal de la tierra para sistemas de baja temperatura. •El reservorio, es el lugar por donde el fluido circula y adquiere una mayor temperatura, gracias a la fuente de calor. Por lo general, es un volumen de rocas permeables, que se encuentran a una profundidad accesible mediante perforaciones. •La cubierta impermeable, impide el escape de los fluidos hacia el exterior del sistema, usualmente corresponde a rocas arcillosas o a la acumulación de sales de las mismas fuentes termales. •El fluido geotermal, en la mayoría de los casos es agua, ya sea en fase liquida o de vapor dependiendo de su temperatura y presión. De estos elementos, la fuente de calor y la cubierta impermeable son los únicos que deben ser naturales, pues si las condiciones son favorables, los otros dos elementos pueden ser artificiales. Cubierta Impermeable Reservorio Fluido Fuente de Calor Fig. 10. Esquema de los componentes de un yacimiento geotérmico. 21 Fig. 10. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA El mecanismo que sustenta los sistemas geotérmicos, esta controlado fundamentalmente por el principio físico de convección, es decir, el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente de un fluido (Ej: Aire, agua). El fluido al calentarse, aumenta de volumen y por lo tanto disminuye su densidad y asciende, desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. En la figura 11, vemos como se aplica la convección de fluidos en un yacimiento geotérmico . El agua fría desciende , posteriormente aumenta su temperatura al pasar por el reservorio de roca caliente, con ello aumenta su volumen y disminuye su densidad, generando que este tienda a subir naturalmente en forma de vapor o agua caliente. Posteriormente, la central aprovecha este vapor, que proporciona la fuerza para hacer girar los generadores de turbina y producir electricidad. Tras este proceso, el agua puede directamente ser enfriada e inyectada nuevamente al sistema o pasar primero por un intercambiador de calor, donde se transfiere su calor a otro fluido que puede ser utilizado en variadas formas según sea su temperatura. Las plantas que realizan este ultimo proceso donde se obtiene calor y electricidad , son conocidas como plantas de cogeneración. Fluido Frío Fluido Caliente Cubierta Impermeable Reservorio Fuente de Calor Fig. 11. Convección de fluidos en un yacimiento geotérmico. 22 Fig. 11. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.1.2 Clasificación de campos geotérmicos El criterio más común para clasificar los campos geotérmicos es el basado en la temperatura a la que se calienta el fluido, reconociendo de esta forma, cuatro clases de campos o yacimientos geotérmicos : •Campo geotérmico de muy baja temperatura: Los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. •Campo geotérmico de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas, es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas entre 50 y 70 ºC. •Campo geotérmico de temperaturas medias: En este caso el fluido se encuentra a temperaturas entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción) •Campo geotérmico de alta temperatura: Existe en zonas activas de la corteza terrestre. Su temperatura va desde los 150 hasta los 400ºC, en muchos casos se manifiestan en superficie mediante geisers o fuentes termales. Son los campos mas productivos en cuanto a generación eléctrica. Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 ºC. 23
  • Existen tres tipo de plantas de energía geotérmica: Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.2 Centrales Geotérmicas . Los campos geotérmicos, se encuentran en la naturaleza en una variedad de combinaciones de características geológicas, físicas y químicas, sin embargo según la recarga del agua y la estructura geológica del sistema, se instalaran diversos tipos de centrales o plantas geotérmicas: •Plantas de Vapor Seco Son llamadas así porque utilizan el vapor de agua que emana de un pozo (Geysers) y lo conducen directamente (previo limpiado) a la turbina, impulsando así el movimiento de la misma con la fuerza del vapor. Este tipo de plantas fueron de las primeras que se pusieron en funcionamiento. Como ejemplos de ellas se tienen Larderello y Monte Amiata (Italia), The Geysers (California) y Matsukawa (Japón). •Plantas de Vapor Flash Este tipo de plantas utiliza agua que se encuentra entre 130°C y 300°C. Esta agua, es conducida hasta la superficie por un equipo que mantiene las altas presiones presentes en el subsuelo, luego cerca de la turbina, la presión decae rápidamente y el agua se vaporiza instantáneamente (se sublima a vapor) e impulsa la turbina. De ahí su nombre ya que en inglés la palabra flash significa sublimar. Denominados también de vapor húmedo, este tipo de sistemas geotérmicos es el más común y de mayor explotación en la actualidad, pueden alcanzar temperaturas de hasta 350°C (Cerro Prieto, México). •Plantas de Ciclo Binario Estas plantas utilizan agua que se encuentra a temperaturas de entre 80°C y 130°C. El agua del subsuelo, es conducida a la superficie hasta un intercambiador de calor en donde se encuentra otro fluido de punto de ebullición mucho más bajo que el agua (generalmente un compuesto orgánico), en el intercambiar calor este fluido se evapora y con la fuerza del vapor generado se impulsa la turbina. 24
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Plantas de rocas secas calientes Este sistema mas conocido por sus siglas en ingles (HDR, Hot Dry Rock), se trata de sistemas rocosos con alto contenido energético pero con poca o ninguna agua y su desarrollo significaría una insospechada cantidad de energía, pues es posible de hallar en casi cualquier lugar del mundo a profundidades entre los 4,8 y 8 Km., siendo entonces uno de los recursos geotérmicos mas abundantes . El sistema funciona de la siguiente forma, se perfora un pozo hasta la profundidad en que se encuentra la formación de roca seca caliente de interés, esto es en general sobre los 3.000 m. Como esta roca es esencialmente impermeable, se crea un yacimiento artificial mediante fracturamiento hidráulico, una técnica muy utilizada por las industrias del gas y del petróleo. Posteriormente se perfora otro pozo, a cientos de metros del primero, que intercepte la red de fracturas creada artificialmente. A continuación se inyecta agua a presión en uno de los pozos, al desplazarse por la red de fracturas, el agua se calienta por contacto con la roca de alta temperatura. El agua caliente se extrae por el pozo restante. Segun investigadores de la Universidad Nacional de Australia, un kilometro cubico de granito a 250ºC, acumula la misma energia que 40 millones de barriles de petroleo *19 y en Estados Unidos el U.S. Geological Survey, ha estimado que incluso si solo fuese explotado el 1% de la energía almacenada en los yacimientos de roca seca caliente, que se encuentran dentro de los 10 kilómetros superiores de la corteza terrestre, la energía resultante seria equivale a más de 500 veces la energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo del mundo. *20 En todos los casos, el agua utilizada se condensa y se reinyecta en el yacimiento de manera de mantener la presión del mismo y que los rendimientos no se debiliten con el paso del tiempo. 25 *19 . GEODYNAMICS LIMITED. Hot Fractured Rock (HFR) In Australia www.geodynamics.com.au/IRM/content/hfr_hfraustralia.html *20. Sitio web United States Geological Survey (USGS). http://pubs.usgs.gov/circ/2004/c1249/c1249.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.3. Usos directos de la energía geotérmica. Los usos directos de la energía geotérmica se refieren principalmente, al uso del calor contenido en el agua para múltiples fines. Sin embargo, de los aproximadamente 15.000 MW térmicos instalados al año 2000, para uso directo del calor a nivel global *21, el 33% es utilizado para calefacción de ambientes. *22 Podemos clasificar los usos del calor de la siguiente forma: •Aplicaciones Ambientales Calefacción de espacios habitacionales Acondicionamiento de aire •Aplicaciones industriales Procesamiento de celulosa y papel Conservas Secado de material orgánico, algas, hierbas , vegetales, etc.. Lavado y secado de lana Industria del cuero 3% 1% 1% •Aplicaciones forestales 10% Aserraderos 33% Calefaccion de Espacios Secado de madera Balneologia Aplicaciones Agropecuarias 12% Acuicultura Calefacción de Invernaderos Invernaderos Bombas de Calor Cría de Animales Industria Acuicultura Otros 12% Secado Agricola •Aplicaciones Turísticas Deshielo Piscinas de agua caliente. 15% 13% Grafico 1. usos directos de la energía geotérmica a nivel mundial 26 *21. International Geothermal Association . www.geothermal-energy.org/246,direct_uses.html *22 y Grafico 1. Sitio Web Universidad Rafeal Landivar, Guatemala. www.url.edu.gt/PortalURL/Archivos/44/Archivos/CGA_GEOTERMIA.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA En general, se destinan a usos directos del calor, los fluidos con temperaturas menores de 180 ºC. En la tabla 3, se muestran los usos mas comunes, ordenados según la temperatura que requieren. Para aprovechar aun mas los recursos geotérmicos y disminuir costos de la obra, es posible generar sistemas de varias aplicaciones del calor en línea, ordenados según mayores y menores requerimientos de calor. Como muestra el esquema de la Figura 12. 100ºC Procesamiento de Alimentos Viviendas 150ºC Planta de refrigeración Invernaderos 50ºC Piscicultura 20ºC Central Geotérmica 200ºC Fig. 12. Ejemplo de aprovechamiento del calor en cascada. 27 Fig. 12 DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea] Sitio Web International Geothermal Association. www.geothermal-energy.org Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA ºC Proceso Evaporación de soluciones altamente concentradas 180 Refrigeración por absorción de amonio Papel y celulosa 170 Agua pesada vía proceso de sulfuro de hidrogeno Secado de tierra diatomácea 160 Secado de carne de pescado Secado de madera Vapor 150 Alumina vía proceso de Bayer Vulcanización 140 Secado de producto de granja a altas tasas Conservas 130 Evaporación en refinado de azúcar Extracción de sales por evaporación y cristalización 120 Agua pura por destilación Aserraderos 110 Secado y curado de blocks de cemento ligero Secado de material orgánico , algas,hierba,vegetaes,etc.. 100 Lavado y secado de lana Pasteurización 90 Operaciones intensas de deshielo 80 Calentamiento de ambientes Invernaderos por calentamiento de ambientes 70 Refrigeración (limite inferior de temperatura) Agua 60 Cultivo de hongos Cría de animales 50 Mobiliario Piel Baños 40 Calentamiento de suelos 20 Piscicultura. crianza de peces. Tabla 3. utilización de los recursos geotérmicos de mediana y baja temperatura 28 Tabla 3. Sitio Web Universidad Rafeal Landivar, Guatemala. www.url.edu.gt/PortalURL/Archivos/44/Archivos/CGA_GEOTERMIA.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Como veremos mas adelante el área beneficiada por la red, fuera de Temuco, corresponde a una zona rural donde el principal sustento corresponde a la actividad agrícola. Por eso a continuación se detallan las principales ventajas de aplicar calor geotérmico en diversas actividades de origen agrícola y forestal. •Calefacción de invernaderos Permite el cultivo de vegetales y flores fuera de estación o en condiciones climáticas inapropiadas. Regulación del crecimiento Control de plagas y enfermedades Control de calidad Reducción de tiempo de germinación Valor agregado como producto ecológico Ahorro de costo de operación (electricidad) que representa hasta un 35% del costo Amplio rango de temperatura (aprovechamiento en cascada) •Secado de Madera Evita daños físicos a la madera (torceduras, variación de dimensiones) Secado uniforme Reduce contenido humedad hasta 8% Menor tiempo secado (días vs meses) •Deshidratado de Frutas y Verduras . Costo de operaciones se reduce significativamente Hace la industria competitiva aún a baja escala Proceso 100% amigable al ambiente En general, todas las actividades se ven beneficiadas por un aumento en la producción, con ello se vuelven mas competitivos y se generan nuevos empleos, además el aprovechamiento de este recurso disminuye el uso de combustibles derivados del petróleo y con ello da un valor agregado a sus productos. 29
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.4 Ventajas y desventajas de la Energía Geotérmica •Ventajas : Presenta un flujo constante de producción de energía a lo largo del año, independiente de variaciones estacionales tales como lluvias o caudales de ríos. Con el menor uso de los combustibles fósiles, se disminuyen las emisiones que contaminan la atmósfera. El aire que rodea las plantas geotérmicas está libre de humos. Algunas estaciones se ubican en campos de cereales o bosques y comparten tierra con ganado y vida silvestre local. La energía geotérmica es una fuente de energía renovable, siempre que la explotación del recurso se haga de una forma racional (recarga ≥ extracción). Es sustentable, al cumplir con las necesidades de la población actual sin comprometer a las generaciones futuras. Uso mínimo de terreno. Bajos costos operacionales. Puede ser desarrollada en forma modular. Impacto Probabilidad Gravedad de las consecuencias •Desventajas : Elevado coste de la inversión inicial. Contaminación del aire Depende del lugar donde estén presentes estos recursos. Contaminación de agua superficial Contaminación de subsuelo Subsidencia de terreno Altos niveles de ruido Reventones de pozos Conflictos con aspectos culturales y arqueológicos Problemas socio-económicos Contaminación química o térmica BAJO MEDIO ALTO Emisión de residuos sólidos Tabla 4. Probabilidad y gravedad del impacto potencial sobre el ambiente 30 Tabla 4. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.5 Desarrollo de la energía geotérmica en el mundo. A finales del siglo XIX, en la zona actualmente conocida como Larderello (Italia), se comienza a utilizar vapor de origen geotérmico para fines industriales y posteriormente en 1904 en el mismo lugar, se realizan los primeros intentos de producción de electricidad con energía geotérmica. El éxito de estas experiencias fue una clara demostración del valor de la energía geotérmica y marcó el comienzo de una explotación que se ha desarrollado significativamente desde entonces En 1919, fueron perforados los primeros pozos geotermales de Japón en Beppu, seguidos en 1921 por pozos perforados en California, USA, y en el Tatio, Chile; así en 1942 la capacidad geotermoelectrica instalada a nivel mundial alcanzaba los 127.650 kWe. En 1958 entra en operación una pequeña planta geotermoelectrica en Nueva Zelanda, en 1959 otra en México, en 1960 en USA, seguidos por otros países en los años posteriores. A partir de 1973, año de la primera crisis del petróleo se produce la gran expansión en la generación de electricidad con energía geotérmica, incorporándose sucesivamente Japón, Islandia y El Salvador (1975), Indonesia, Kenia, Turquía y Filipinas (1980), Nicaragua (1985), Costa Rica (1995), Guatemala (2000), etc. Actualmente, la energía geotérmica aporta el doble de la contribución que hacen las energías renovables tradicionales como la biomasa, eólica, solar, térmica y fotovoltaica; a diferencia del resto de las energías renovables, las plantas geotérmicas son las únicas que tienen una producción constante garantizada, independientemente de las condiciones meteorológicas y además, no requieren almacenamiento (el almacenamiento es la propia corteza terrestre). En la tabla 5, se pueden apreciar los índices de diversas energías renovables a nivel mundial. Potencia Instalada Factor Energía generada Ocupación de Coste kWh mundial (2007) Utilización anual Terreno Generado (2003) Tecnología MW % GWh Km2/MW €kwh Fotovoltaica 2393 30% 6.288,804 10,14 0,25-0,65 Eólica 15145 20% 2.653,404 2,4 0,04-0,12 Geotérmica 9968 73% 63.743,3664 0,02 0,03-0,06 Tabla 5. índices de energías renovables a nivel mundial. 31 Tabla 5. www.portal-cifi.com/scifi/content/view/2263/71/ Modificada
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA La potencia instalada a nivel mundial de energía geotérmica se estima actualmente sobre 10.000 MWe y cerca de 15.000MWt , sin contar los múltiples proyectos en ejecución y se registran a nivel global, 80 reservorios geotermales que se explotan a través de 250 plantas geotermoeléctricas sirviendo a 60 millones de habitantes*23. Los países con mayor utilización de la energía geotérmica son: Estados Unidos, Filipinas, México, Indonesia, Italia, Japón, Nueva Zelanda. *24 Year Capacidad instalada acumulada 16000 Megawatts 14000 1950 200 1955 262 12000 1960 374 1965 556 10000 1970 711 1975 1,300 8000 Megawatts 1980 3,887 6000 1985 4,764 1990 5,832 4000 1995 6,833 2000 7,972 2000 2005 8,933 2007 9,968 0 2010 13,500 (1): 7% de la capacidad instalada total del país. (2): 87% de las viviendas del país Tabla 6. Potencia Mundial acumulada por fuente geotérmica Grafico 2. Potencia Mundial acumulada por fuente geotérmica (3): Peces y otros animales EEUU Filipinas México Indonesia Italia Japón N. Zelanda Islandia China Eléctrica (MWe) 2.543 1.931 953 807 790,5 560,9 421,3 (1) 202 27,6 Calor (MWt) 7.817 3,3 164,6 2,3 606,6 413,4 308 1791 3.687 (8.678 GWh/año) (11 GWh/ano) (12,5 t/h Agua Caliente (11,8 GWh/año) (2.098,5 GWh/año) (1.434 GWh/año) (1968 GWh/año) (6.615 GWh/año) (12.605 GWh/año) a 50ºC Prom.) Climatización Procesos Industriales Agricultura Acuicultura Balneario /Turismo Tabla 7 .Potencia Térmica y eléctrica de energía geotérmica en países con mayor capacidad instalada y los principales usos de estas. 32 •23 y Tabla 7. Sitio Web International Geothermal Association, www.geothermal-energy.org *24 y Tabla 6 y grafico 2. www.earth-policy.org
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA Capacidad de potencia Generación de electricidad País 3500 geotérmica geotérmica Megawatts Million Kilowatt-hours United States 3 2,923.5 15,883 3000 Philippines 1,969.7 12,596 Indonesia 992.0 6,344 Mexico 953.0 6,094 2500 Italy 810.5 5,183 Japan 535.2 3,422 2000 New Zealand 471.6 3,016 Iceland 421.2 2,693 Megawatts El Salvador 204.2 1,306 1500 Costa Rica 162.5 1,039 Kenya 128.8 824 1000 Nicaragua 87.4 559 Russia 79.0 505 Papua New Guinea 56.0 358 500 Guatemala 53.0 339 Turkey 38.0 243 0 China 27.8 178 Portugal 23.0 147 Ne J a y a Po ina ico Sa n d ca a ey y Ge ce F r al do s s ta r ca Ze n Tu a M ia a ili 3 at a Ic d al In in e C o do ew ssi an Ni ny pa gu al an g Gu u ine s rk an France 14.7 94 a Ri Ph t es It Ch ex rt u ne lva em rm Ke Ru el ra pp al ta G Germany 8.4 54 dS w El i te aN Un pu Pa Tabla 8. Potencia instalada de fuente geotérmica, 2007. 20 principales países Grafico 3. Potencia instalada de fuente geotérmica, 2007. 20 principales países 33 Tabla 8 y Grafico 3. www.earth-policy.org
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.6 Desarrollo de la energía geotérmica en Chile Chile está ubicado en el denominado "Cinturón de Fuego del Pacífico", zona muy propicia para la existencia de reservorios geotérmicos. En efecto, dentro del territorio chileno se concentra el 10% de los volcanes del mundo, con mas de 2.000 volcanes, de los cuales alrededor de 120 son considerados geológicamente activos, es decir, con actividad durante los últimos 10.000 años o indicios de actividad volcánica, tales como actividad sísmica, fumarólica, solfatárica, etc. De esta larga lista, unos 60 volcanes han tenido actividad eruptiva los últimos 500 años. *25 En Chile el potencial de recursos geotérmicos, está asociado con la actividad volcánica y vinculado con la cadena volcánica andina del norte, cercana a la frontera internacional con Bolivia y Argentina (entre los 17° y 28°S) y al sistema de fallas Liquiñe-Ofqui, en la zona sur (entre los 33° y 46°S). En las áreas citadas están ubicados la mayor parte de los volcanes activos de Chile y las probables fuentes de energía geotérmica. En 1908 se creó en Antofagasta, la primera sociedad privada, llamada comunidad Preliminar de el Tatio, que intentó explotar los Géiser del Tatio, sin embargo tras la perforación de dos pozos, las actividades desarrolladas fueron suspendidas en 1922 por problemas técnicos y económicos. El periodo de mayor actividad se llevo a cabo entre los años 1968 y 1976, cuando Investigadores de la Universidad de Chile realizaron estudios sobre al aprovechamiento de los recursos geotérmicos en el país, que lograron captar la atención de las autoridades de la época. Para concretar este interés, en 1968 se firmó el convenio entre el Gobierno de Chile y el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), mediante el cual la CORFO creó el Comité para el Aprovechamiento de la Energía Geotérmica cuya función fundamental era programar, dirigir y realizar investigaciones y trabajos en las zonas que existan recursos geotérmicos, encaminados a establecer las posibilidades más adecuadas de explotación de los mismos. Hasta 1976, este comité , desarrolló varias prospecciones geotérmicas principalmente en las zonas de Puchuldiza y el Tatio, incluyendo la perforación de varios pozos de exploración. Gracias a esta investigación en 1975, se confirma la factibilidad de explotación del área del Tatio y en 1978 la CORFO hizo un llamado internacional para precalificación de proponentes que realizaran este proyecto, sin embargo, el Gobierno chileno, a través del consejo superior de CORFO, decidió que lo más adecuado era entregar el proyecto a la iniciativa privada, considerando la orientación de la política económica vigente y que el proyecto era técnica y económicamente factible. El comité para el aprovechamiento de la Energía Geotérmica cesó sus actividades en marzo de 1982 y desde esa época hasta el año 2000 solo se desarrollaron pequeños trabajos de investigación, ninguno de los cuales concluyo con la ejecución de pozos exploratorios. 34 *25.Sitio web Observatorio Volcanológico de Los Andes del Sur . www2.sernageomin.cl/ovdas/ovdas7/volcanes_de_chile.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA A comienzos del año 2000 se promulgó la Ley sobre concesiones de energía geotérmica (Ley Nº 19.657), marco que regula las actividades de exploración y explotación de recursos geotérmicos en la República de Chile. Desde esa época se han generado un total de 95 solicitudes de concesiones de exploración geotérmica a lo largo del país. Esto demuestra el interés de actores privados en desarrollar la explotación del recurso geotérmico chileno. De acuerdo a catastros realizados por el Servicio Nacional de Geología y Minería, Chile cuenta con cerca de 115 sitios termales potencialmente aprovechables para generar energía geotérmica, del orden de unos 16.000 MW, según estudios de la Universidad de Chile. Aunque se ha estimado una potencia real utilizable para la generación de energía eléctrica es de entre 1.235 y 3.350 MW. *26 (Como referencia Chile actualmente cuenta con una capacidad instalada para generar 13 mil MW de energía eléctrica). Fuentes Termales Volcanes Fig. 13. Volcanes y fuentes termales en Chile. Fig. 14. Posibles reservorios geotérmicos. 35 Fig. 13. ALFREDO LAHSEN Azar.La Energia Geotermica: Posibilidades de Desarrollo En Chile [en linea] Revista electronica Ciencia Abierta. www.cabierta.uchile.cl . MODIFICADA Fig. 14. LUCIANO ACHURRA R. Servicio Nacional de Geología y Minería.“Geotermia: geología, medio ambiente y su desarrollo en Chile” [en linea] Sitio Web Fac. Ciencias Economicas y Administrativas Universidad Central www.faceaucentral.cl . MODIFICADA *26.OSCAR VALENZUELA. Potencial y Perspectiva de la Geotermia en Chile.Camara Chilena de la Construccion Ministerio de Mineria, Gobierno de Chile. Geotermia en Chile. www.minmineria.cl/574/propertyvalue-1972.html
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.7 Caso IX Región De acuerdo a la Comisión Nacional de Energía, a enero del 2008, el Ministerio de Minería había otorgado 19 concesiones para exploración geotérmica, dos de las cuales se encuentran en la Novena región. Nombre Peticionario Región Estado Comuna Provincia Has. Tripan Geotermia del Pacifico IX Vigente Curacautín Malleco 4.200 San Gregorio Geotermia del Pacifico VIII y IX Vigente Quilaco y Curacautín Bío Bío y Malleco 9.600 Tabla 9. Concesiones de exploración cercanas a Temuco. En junio del presente año, se abrio la convocatoria a licitacion para nuevas 20 areas de exploracion. Ubicandose solo una de ellas en la region de la araucania. Nombre Región Estado Comuna Provincia Has. Sollipulli IX En licitación Melipeuco, Curarrehue y Cunco Cautín 48.400 Tabla 10. Área de exploración en licitación, cercana a Temuco. En el año 2005, Geotermia del Pacífico comenzó los trabajos de exploración de las dos zonas concesionadas *27: •San Gregorio : Con un área total de 9 mil hectáreas a una altura entre 1.050 y 2.800 metros sobre el nivel del mar, cerca de las Termas de Tolhuaca (el sistema geotermal está asociado a este volcán). Allí se descubrió la existencia de 4 áreas con significativa actividad geotérmica y manifestaciones termales en subsuperficie, así como fumarolas que muestran que existen temperaturas mayores a 250 grados Celsius. •Tripán: Cercana a las Termas de Río Blanco, tiene un área total de 4.200 hectáreas. Sus vertientes y fumarolas tienen una temperatura cercana a los 220ºC. 36 Tabla 9 y 10. Sitio Web Ministerio de Minería, Gobierno de Chile. www.minmineria.cl *27.Diario en linea de Victoria y la Araucania. www.lasnoticiasdevictoria.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=1187:transnacional-neozelandesa-proyecta-construir-planta-geotermica-en-lonquimay&catid=9:lonquimay&Itemid=12 Servicio Nacional de Geologia y Mineria. Catastro de Concesiones de Energía Geotérmica. Actualizado a mayo 2009 . www.sernageomin.cl/index.php?option=com_content&task=view&id=41&Itemid=178
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA N San Gregorio Curacautín Lautaro Tripán Temuco Sollipulli Fig. 15. Áreas de exploración geotérmica cercanas a Temuco 37 Fig. 15 Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA 2.8. Central Geotérmica de generación eléctrica, San Gregorio. *28 La exploración y desarrollo de la concesión San Gregorio finalmente continuo en manos de Geoglobal Energy. Esta empresa de capitales Neozelandeses ligada a “Mighty River Power”, una de las mayores empresas de la industria eléctrica de Nueva Zelanda (70% propiedad del Estado), ha manejado el desarrollo y operación de aproximadamente 4.000 MW de energía geotérmica alrededor del mundo, contando con una amplia experiencia en todos los mercados de la geotermia incluidos los EE.UU., Indonesia, Filipinas y Nueva Zelanda. Fue así como durante la primera semana de Marzo, comenzaron los trabajos de perforación en el pozo denominado "Tolguaca-1", descubriéndose posteriormente, que el campo tiene una temperatura de 275 grados centígrados, la más alta registrada en Chile a esta fecha y presiones de más de 1.300 psi. Indicadores que le permiten a GGE Chile proyectar una central de generación eléctrica de 75 MW, potencia que permitiría cubrir las necesidades de la zona de Temuco y Valdivia. A fines de este año, la compañía iniciará la perforación de 2 ó 3 pozos profundos en el lugar, esto es, de mayor diámetro y capacidad. La inversión asociada a estos trabajos alcanzará unos 15 a 20 millones de dólares y permitirá definir en forma exacta el tamaño de la planta de generación que se instalará usando los recursos de este campo geotérmico. Durante el año 2010, la empresa completará los estudios ambientales requeridos por la ley para este tipo de proyectos y comenzara la construcción de la planta geotérmica en el verano de 2011 ,para empezar a producir energía renovable, sustentable y nacional a fines del año 2012. El objetivo estratégico de la compañía es desarrollar en Chile 500 MW geotérmicos en los próximos 5 años, cifra superior a la generada por las centrales Pangue y Ralco juntas. Ficha técnica: Ubicación : Campo geotérmico “San Gregorio”, ubicado en la comuna de Curacautín, IX Región. Temperatura: 275 grados centígrados. Presión : 1300 psi. Potencia a instalar :75 MWe. 38 *28.Revista en linea Electricidad Interamericana. Descubrimiento geotérmico de GGE Chile. La nobleza de Arauco profundo y ardiente. www.revistaei.cl/revistas/index_neo.php?id=477
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL. 39
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL En el año 2003, la energía geotérmica para calefacción distrital era utilizada en al menos 9 capitales del mundo, Addis Ababa (Etiopia), Beijing (China),Budapest (Hungría),Bucarest (Rumania), Paris (Francia),Reykjavik (Islandia), Sophia (Bulgaria) y Tbilisi (Georgia). *29 En términos generales, la calefacción distrital, es un sistema de suministro de calor a través de una red publica de agua caliente, a la cual se conectan los suscriptores. Un sistema complejo, puede tener varias plantas de suministro de calor y de cientos a miles de consumidores conectados, ya sean edificios residenciales o comerciales. El termino distrital, se refiere en este caso, a que el servicio de calefacción va siendo entregando a los usuarios por sectores (distritos), de aproximadamente 5.000 viviendas, para controlar de mejor forma la calidad y temperatura del servicio. Para cumplir con los requerimientos térmicos de una ciudad, se requieren varios pozos o subcentrales. De este modo, el agua caliente producida en diversos puntos, es distribuida a tanques ubicados en los diferentes distritos o sectores de la ciudad, para luego ser entregada a los usuarios del distrito correspondiente. Obviamente, esto no ocurre cuando el sector atendido es pequeño o no supera los 5.000 clientes, que por lo visto en las referencias detalladas al final de este capitulo, es el máximo de clientes atendidos por una sola central. En este caso el sistema es mucho mas simple y se conforma en términos generales, por los elementos indicados en la Fig. 16. y en la pagina a continuación. 40 *29. EINAR GUNNLAUGSSON. Reykjavik Energy -District Heating In Reykjavik And Electrical Production Using Geothermal Energy. 2003. www.sciencedirect.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL En la figura 16, se ilustran los principales componentes de un sistema de calefacción distrital, que son: Central generadora de calor. La central, se encarga de calentar el fluido que es posteriormente distribuido a los consumidores, para ello puede utilizar el calor residual de algún proceso industrial, el calor excedente de una central de generación eléctrica (que entonces seria una central de cogeneración) o directamente de la combustión de algún energético. Para el caso de esta investigación, hablamos de una central geotérmica de cogeneración, es decir utiliza como fuente energética el calor del interior de la tierra y gracias a el produce calor y electricidad. Red de distribución. Grupo de Viviendas Se compone generalmente por 2 cañerías (suministro y retorno), a través de las cuales el agua caliente es bombeada hacia los edificios del sector y de regreso a la central. Sistema intradomiciliario. Aquí, un intercambiador de calor, transfiere el calor de la red pública al sistema de Sistema intradomicialiario calefacción interior del edificio, de forma que se mantiene una separación entre ambos fluidos (red pública y red privada). Red de distribución Sistema intradomicialiario Sistema intradomicialiario Central Térmica (Generadora de Calor) Fig. 16. Esquema del Sistema de calefacción distrital 41 Fig. 16. Elaboración propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.1 Componentes del sistema de calefacción distrital 3.1.1 La central generadora de calor y posibles subcentrales. La central generadora de calor, es aquella que calienta el fluido a suministrar. Para el caso en estudio la central generadora de calor, es una central geotérmica de cogeneración, que tiene como combustible el calor obtenido del interior de la tierra a enormes profundidades. Las principales funciones de la central son : -Calentar un fluido al menos a 95ºC, para transferir calor a un sistema cerrado que lo distribuye a radiadores u otro elemento de calefacción ambiental en el interior de cada vivienda. -Mantener las condiciones requeridas por el sistema (presión, caudal, temperatura, etc..) En ciertos casos la potencia térmica de la central principal, no es suficiente, para mantener las condiciones requeridas por la totalidad de la red, de forma que deben integrarse al sistema subcentrales de apoyo. Ambas centrales pueden funcionar con diversos tipos de combustibles, pero por lo general se trata de aprovechar fuentes energéticas abundantes en la zona y de baja contaminación ambiental, además de prevalecer siempre las tecnologías mas limpias, todo ello para generar el menor impacto ambiental posible. En áreas de producción forestal, como es el caso de la región de la Araucanía, se genera una alta cantidad de residuos que provienen tanto del aserrado como de la remanufactura de la madera, estos residuos se pueden utilizar para fines energéticos. 42
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Un ejemplo de subcentral, con baja producción de contaminantes y biomasa como Ficha Técnica:*30 combustible base, es la central de cogeneración en Kufstein, Austria. En terreno municipal la empresa TIWAG, construyo esta planta de biomasa para Potencia térmica: 28,8 MW cogeneración de energía. Aquí el vapor tras pasar por una la turbina, para generar Eficiencia térmica: 85% electricidad, se convierte en agua caliente para calefaccionar parte de las casas de Producción de vapor: 30 toneladas por hora Kufstein. Temperatura del vapor: 450 °C En esta planta, se utiliza solamente residuos de madera como combustible (corteza de Presión del vapor: 64 bar o 928,24 PSI. árboles, residuos forestales, madera usada, residuos de parques y jardines etc…), los cuales Consumo de combustible: 86.000 toneladas por año son almacenados y protegidos de la lluvia, en una seria de bodegas techada ubicadas a un Potencia eléctrica: 6.520 kW costado de la planta con y con una capacidad de 10.000m³. Potencia térmica: 18.000 kW Luego de las bodegas, la biomasa se dispone en cinco transportadores hidráulicos, cada uno tiene una superficie de 7 a 15 m² y al final de cada transportador hidráulico hay un transportador transversal que mezcla todos los residuos en una proporción igual y los conduce hasta la caldera. La combustión ocurre en una parilla, donde el aire que entra a la caldera alcanza una temperatura de hasta 180 °C. Esto permite una combustión mas eficiente. La planta funciona por lo menos 7.500 horas por año y para reducir los emisiones de óxido nítrico, utiliza una nueva tecnología denominada Proceso de SNCR y para la purificación de los gases de escape, utiliza filtros eléctricos y separadores de gases. Fig. 17. Central de cogeneración en Kufstein, Austria 43 *30 y Fig. 17. SEEGER ENGINEERING AG. www.seeger.ag/download/projektbeschreibungen_es.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.1.2 Sistema de distribución Se trata de una red, conformada principalmente por dos tuberías de acero preaisladas, que se instalan enterradas a aprox. 0,8 m. bajo el suelo (Fig. 18) y donde una tubería conduce el agua caliente de suministro y la otra el agua caliente de retorno. La tubería de suministro generalmente conduce el fluido a 95ºC y la de retorno entre 60 y 45ºC, dependiendo de la demanda. La excavación requiere un terreno blando y libre de ductos. Las cañerías se instalan por tramos prefabricados de 100 m. de largo máximo y se cubren con arena para protección. Los tubos están disponibles en diferentes materiales y dimensiones, incluyendo en algunos casos hasta tres capas de aislamiento, donde los espesores pueden variar, para satisfacer las diferentes necesidades de retención de calor. Además, incorporan hilos de cobre que recorren todo el aislamiento y que conectados a sistemas electrónicos de monitorización son capaces de identificar el punto exacto en caso de que la tubería portadora, el aislamiento o la envolvente, sufran cualquier tipo de daño. Las condiciones sobre la soldadura son muy específicas, pues las tuberías y las uniones tienen que soportar altas temperaturas en algunos casos sobre 200ºC y una presión de 16 bar, equivalente a 16 veces la presión de aire normal. Para eso, en los extremos la cañería tiene unos centímetros sin aislación, donde se empalma y se suelda la tubería siguiente. Posteriormente se llena de espuma de poliuretano y se coloca una banda selladora fuera de la tubería de revestimiento. Fig. 18. Cañerías de Calefacción distrital. 44 Fig. 18. www.wikipedia.org
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Principales empresas que comercializan este tipo de cañerías Logstor Holding SA ZPU Miedzyrzecz Isoplus Fernwarmetechnik GmbH Arvoputki KWH pipe Uponor Envoltura exterior de polietileno de alta densidad German pipe Kekelit Fintherm Barrera de difusión de aluminio Aislación de espuma de poliuretano Cables de cobre para vigilar que no haya fugas Cañería de servicio , hecha de acero. cobre, PEX o aluminio/PEX Fig. 19. Ejemplo de Cañería Conductora del fluido 45 Fig. 19. www.logstor.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Ejemplo red tipo árbol La red de distribución puede adoptar diversas tipologías *31. Por ejemplo: •Red tipo árbol, con solo una fuente de calor y solo una ruta de conducción a cada punto de demanda. Es el sistema con menor longitud total, pero presenta escasa flexibilidad ante expansiones de la red. Por esas características es aplicable a comunidades fijas con demanda predecible y estable. •Red tipo anillo, puede tener variar fuentes de calor y al menos 2 rutas, por lo que es mas Ejemplo red tipo anillo adaptable a cambios en la demanda. •Red tipo malla, es mas compleja de gestionar, pero se adapta a ampliaciones o a fallas en tramos específicos, por lo que es el sistema a que tienden las áreas urbanas de mayor densidad. Este tipo de red puede extenderse indefinidamente. El diseño de la red, para su correcto funcionamiento, implica un análisis complejo con numerosos datos hidráulicos y térmicos, similar a un modelo de transporte y con una matriz de conectividad que considera las demandas individuales. Ejemplo red tipo malla Fig. 20. Clasificación redes de instalación. 46 *31 y Fig. 20. CORPORACION CHILE AMBIENTE. Estudio de “Análisis del Potencial Estratégico de la Leña en la Matriz Energética Chilena” [en linea] Sitio Web Comision Nacional de Energia www.cne.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.1.3 Sistema Intradomiciliario El sistema al interior de la vivienda, es en realidad un sistema de calefacción central, que en lugar de recibir el agua caliente desde una caldera, la adquiere desde la red publica de agua caliente. Por calefacción central, entendemos un sistema que con una sola fuente suministradora de calor, alimenta una red de agua caliente que entrega calor a radiadores ubicados en los diferentes recintos de la vivienda, calentando la temperatura del aire en un rango cercano a los 20 °C. En la figura 21, se pueden apreciar los principales componentes del sistema de calefacción central que son los siguientes : •Fuente suministradora de agua caliente Radiador Radiador Red alimentación radiadores •Red de distribución del fluido •Radiadores Fuente suministradora de agua caliente Red retorno radiadores El componente que actúa como suministrador de calor, es el intercambiador de calor, que transfiere el calor desde la red de calefacción distrital a la red distribuidora de calor al interior de la vivienda. En esta etapa del sistema, encontramos además elementos reguladores de la presión, del caudal y la temperatura del sistema, junto con un medidor del consumo instado en cada vivienda. Estación suministradora de calor (intercambiador de calor) Fig. 21. Esquema general sistema de calefacción central 47 Fig. 21. Elaboración propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Los intercambiadores de calor se utilizan, tanto en la central como en el suministro al consumidor. En el primer caso, traspasa el calor desde la central a la red y en el segundo caso, desde la red al sistema del consumidor. En la Fig. 22, vemos un esquema Intercambiador de calor Intercambiador de calor simplificado del ultimo caso. Los intercambiadores de calor, permiten mantener la independencia de cada sistema; es decir, que el fluido de la red publica de calefacción no sea el mismo que se utiliza para Agua Caliente de uso sanitario Agua caliente para calentar el interior de la vivienda. Esta configuración indirecta, tiene la ventaja de que sistema radiadores cualquier fuga está restringida a su propio circuito, además los radiadores no están Agua Fría proveniente de la Agua fría, red publica de agua potable retorno sistema radiadores dimensionados para una presión alta como en la red primaria (hasta 8 bar). De este modo el riesgo de fuga en el sistema de radiadores es muy inferior para los sistemas indirectos. El desarrollo de los intercambiadores es variado y de una amplia gama de tamaños y tecnología. Los intercambiadores de placas, suelen utilizarse para la transferencia de energía entre dos fluidos diversos y a diferente presión, como ocurre en el caso de la calefacción distrital. Estos consisten, en un conjunto de placas preformadas con unos canales en disposición paralela por donde circulan los fluidos. Estas placas, están montadas sobre un bastidor de acero y dos placas contenedoras de acero sujetas por espárragos de apriete que compactan las placas. Cada placa dispone de 4 bocas por donde circulan los fluidos en paralelo, entonces mientras que un fluido es conducido por las placas pares, el otro es conducido por Ramal de retorno secundario Ramal de alimentación de agua caliente las impares, consiguiendo así el necesario intercambio de calor entre ambos principal flujo de retorno principal flujo de alimentación Fig. 22. Esquema del sistema de conexión a cada casa 48 Fig. 22.Elaboración propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Red de distribución del fluido Se trata de una red de cañerías, que distribuyen el agua caliente a los radiadores y el agua ya utilizada y por tanto mas fría, de regreso al intercambiador de calor. El material mas utilizado para este tipo de cañerías es el polietileno reticulado o PEX, que se diferencia de otras alternativas como el cobre, por su flexibilidad ,ligereza y facilidad de instalación. En general, la red tiene un diámetro de aprox. 20 mm. y es aislada térmicamente por una espuma de polietileno expandido. Radiadores Son los elementos encargados de entregar el calor a los ambientes que deben ser temperad. Sus paredes emiten calor, por conveccion natural y radiación y en general van Fig. 23. instalados a mas de 3 cm. de la pared, para facilitar la circulación del aire. En general, este sistema de calefacción, proporciona calor uniforme en toda la vivienda al tratarse de varios focos emisores y no una sola fuente como en el caso de las cocinas a leña, además es regulable de modo que requiere muy poca preocupación por parte de los usuarios . Fig. 24.Radiadores 49 Fig. 23 y 24. www.anwo.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Fan Coil. El Fan-Coil es un sistema de acondicionamiento y climatización de tipo mixto. Es decir, si se alimentan con agua refrigerada sirven para refrescar el ambiente y alimentados con agua caliente proporcionan un calor. De modo que se adapta muy bien a los requerimientos de este sistema de calefacción distrital, que mediante equipos de absorción puede refrescar ambientes. Como vemos en la figura ,se constituyen de un filtro, un ventilador y un elemento de intercambio de calor. De modo que el aire pasa por un filtro, para luego ser impulsado a través de un serpentín que le entrega o absorbe calor. Además pueden ser instalados en muros, techo y piso y presenta las mismas desventajas que el sistema de calefacción central , la diferencia es que cada unidad es mas compleja y por lo tanto mas costosa que un radiador. Fig. 25.Radiadores 50 Fig. 25. www.construmatica.com/construpedia/Fan-Coil
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.2. Consideraciones Económicas. Los elementos que tienen que ser considerados en cualquier estimación de costos, ya sea de planta o de costos de operación y del precio de los “productos” de la energía geotérmica, son todos más numerosos y más complicados que en otras formas de energía. Todos estos elementos, deben por lo tanto, ser cuidadosamente evaluados antes de emprender un proyecto geotérmico. El costo de capital de una planta geotérmica es habitualmente mayor y a veces mucho mayor, que una planta similar alimentada por combustibles convencionales. Contrariamente, la energía que acciona una planta geotérmica cuesta mucho menos que el combustible convencional, y su costo corresponde al costo de mantención de los elementos geotermales de la planta (vapor, ductos, válvulas, bombas, intercambiadores de calor, etc.). El mayor costo de capital debería recuperarse por el ahorro en costos de energía. Por lo tanto el sistema recurso-planta debería programarse para una duración suficiente como para amortizar el costo inicial y en lo posible para una duración mayor. Se puede obtener ahorros apreciables adoptando sistemas integrados que permitan un factor de utilización mayor (por ejemplo, combinando calefacción ambiental y refrigeración). Con el objeto de reducir los costos de mantención y las paralizaciones, la complejidad técnica de la planta debería ser de un nivel accesible al personal técnico local o a los expertos que se tenga disponibles. Técnicos altamente especializados serían idealmente necesitados solo para operaciones de mantención de gran magnitud o para averías mayores. Costo actual de la energia Posible costo futuro de la energia Costo de la planta a la entrega US¢/kWh US¢/kWh US$/kW Biomasa 5-15 4-10 900-3.000 Geotermica 2-10 1-8 800-3.000 Eolica 5-13 3-10 1.100-1.700 Solar (Fotovoltaica) 25-125 5-25 5.000-10.000 Solar (electricidad termica) 12-18 4-10 3.000-4.000 Mareomotriz 8-15 8-15 1.700-2.500 Tabla 11. Energía y costos de inversión para producción de energía eléctrica mediante fuentes renovables 51 Tabla 11. DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea] Sitio Web International Geothermal Association. www.geothermal-energy.org
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.3 Ventajas y desventajas de la calefacción distrital •Ventajas Reducción de las emisiones contaminantes Utilización versátil y apuntada del combustible Monitoreo continuo del rendimiento del sistema y de las emisiones en la atmósfera. Mayor comodidad para el usuario, sin tener que preocuparse del combustible, las cenizas o la mantención. Si se combina con un sistema de cogeneración, el sistema saca ventaja de los certificados verdes. Se reduce el efecto de la volatilidad de los precios •Desventajas En lugares con estaciones definidas, se requieren usos alternativos del sistema en épocas calidas o sostenibilidad económica para superar la baja demanda. La red de distribución tiene una elevada proporción (50% a 80%) de la inversión total , y su construcción presenta importantes inconvenientes , por lo que es ventajoso planificarla para hacerla coincidir con la reparación de calles o aceras. También puede reducirse el costo de la red si se comparte la canalización con otras redes de servicios. 52
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4 Ejemplos de calefacción distrital. Debido a la tradición y la historia de la evolución tecnológica, el mayor uso de calefacción distrital, se da en los países nórdicos, Europa del Este y Rusia. Sin embargo, este sistema también se encuentra en EE.UU., Europa Occidental, China, Corea y Japón. En la figura 27 , de la pagina siguiente , podemos ver las ciudades europeas que cuentan con sistemas de calefacción distrital geotérmica y aquellas donde la central abastecedoras es de cogeneración. Según este mapa publicado por el Consejo Europeo de Energía Geotérmica , Alemania y Austria son los país con mas sistemas de calefacción distrital en base a centrales geotérmicas de cogeneración. Por eso usaremos como referencia los Neustad- Glewe sistemas pertenecientes a las ciudades alemanas indicadas en la Fig. 26. ALEMANIA Landau Altheim Unterhaching Fig.26. Ejemplos de Centrales de cogeneración en Alemania. 53 Fig. 26. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Sistema de calefacción distrital Calefacción proveniente de una Central de cogeneración (electricidad y calor) Fig. 27. Mapa de ciudades con calefacción distrital geotérmica en Europa 54 Fig. 27. European Geothermal Energy Council. www.egec.org
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4.1 Neustad-Glewe, Alemania. *32 Neustadt Glewe, se sitúa al norte de Alemania entre las ciudades de Hamburgo y Berlín . Esta central comenzó la producción de calor en 1994, con recursos provenientes de depósitos naturales de aguas termales. A partir del verano de 2003, comienza a funcionar Separador vapor y agua en forma paralela para la generación de electricidad. Generador eléctrico Turbina En términos generales el funcionamiento de la central es el siguiente : Intercambiador de calor El fluido inicial es divido, permitiendo la generación de electricidad y la utilización del calor, posteriormente el fluido que paso por la turbina, se une al sistema que alimenta la red de calefacción urbana. Red eléctrica 210 KW Estación de Calor 6MW geotérmicos Producción de calor geotérmico: 11 MW total Profundidad pozo de producción : 2.250m de profundidad Temperatura del fluido: 97 ° C Temperatura fluido reinyección 50ºC calefacción distrital Distancia entre los agujeros: 1780m Capacidad: 40-120 m³ de agua /hora (10-30 L / s) Salinidad del fluido: 227g / l (ej:Mar Muerto: 300g / l) Bomba al Planta de calefacción interior 10,4 MW total, del pozo Fluido Retorno Potencia Térmica: Fluido Alimentación 6,5 MW de origen geotérmico (resto a gas) 98ºC 50ºC aprox. Clientes de calefacción urbana: Mas de 2.000 clientes privados y comerciales 110 m3/ h Producción electricidad geotérmica Potencia eléctrica: Hasta 230 KW 1500 m entre pozo alimentación y pozo retorno Empresa operadora de la central: Erdwarme Neustadt –Glewe Gmbh. Empresa distribuidora de energía: WEMAG AG Schrwerin, BEWAG BErlin y LanGeo Gmbh Tabla 11. Fig. 28. Esquema funcionamiento de la central de cogeneración Neustad-Glewe 55 *32.Sitio web oficial de la central. www.erdwaerme-kraft.de/ http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull26-2/art8.pdf www.german-renewable-energy.com/Renewables/Navigation/Spanisch/Geothermie/fallstudien,did=114236.html?view=renderPrint Fig 28 y Tabla 11 Elaboración propia /
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4.2 Landau, Alemania. *33 Generador eléctrico Turbina Comenzó a operar a finales del año 2007 y en términos generales el funcionamiento de la Intercambiador de calor central es el siguiente : Condensador Se utiliza primero todo el fluido geotermal para producir energía eléctrica por medio de una turbina y luego el calor residual se utiliza para calentar el fluido de un sistema calefacción distrital mediante un intercambiador de calor. Red eléctrica 3,8 MW calefacción distrital Producción de calor geotérmico: 150ºC 70ºC 50ºC Profundidad pozo de producción : 3.300 m de profundidad Bomba al Temperatura del fluido: 150 ° C interior del Capacidad (Caudal): 50-70 L / s pozo Planta de calefacción Potencia Térmica: Entre3 y 6 MW Fluido Alimentación Fluido Retorno Clientes de calefacción urbana: 300 hogares 150ºC 50ºC aprox. Producción electricidad geotérmica 50 - 70 L/s Clientes de electricidad: Mas de 6.000 clientes (a 3.800 kWh anuales por familia) Potencia eléctrica: 3,8 MW Empresa operadora de la central: Geox Bestec GmbH Tabla 12. Fig. 29. Esquema funcionamiento de la central de cogeneración Landau 56 *33. Sitio web oficial. www.geox-gmbh.de Tabla 12 y Fig. 29. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4.3 Altheim, Alemania. *34 Generador eléctrico Comenzó a operar como central térmica en 1990 y como central eléctrica en el año 2000. Turbina Este proyecto se llevó a cabo en una red de cooperación internacional, con participantes de Intercambiador de calor Alemania, Austria, Italia y Francia, con apoyo financiero de la Unión Europea, el gobierno Condensador de la provincia de Alta Austria, el gobierno austriaco y la utilidad regional Energie AG Oberösterreich. Potencia Potencia Térmica 9 MW Potencia Térmica 1 MW En términos generales el funcionamiento de la central es el siguiente : 650 Hogares eléctrica 3,8 MW El fluido geotermal inicial es divido en dos, permitiendo la generación de electricidad y la utilización del calor para calefacción distrital. Posteriormente el calor residual del proceso de generación eléctrica es utilizado para calefacción de piscinas y escuelas. La red de distribución del sistema de calefacción distrital, tiene una longitud de unos 14,5 kilómetros. calefacción calefacción distrital escuelas y piscinas 90ºC 65ºC 106ºC 70ºC Producción de calor geotérmico: Profundidad pozo de producción : 3.078 m de profundidad Temperatura del fluido: 106 ° C Capacidad: 100 L / s (utiliza bomba (bajo agua)) Fluido Alimentación Fluido Retorno 106ºC 65ºC aprox. Planta de calefacción 100 L/s Potencia Térmica: 12,4 MW Clientes de calefacción urbana: 5.000 clientes Producción electricidad geotérmica Turbina ORC Potencia eléctrica: 1 MW Tabla 13. Fig. 30. Esquema funcionamiento de la central de cogeneración Altheim. 57 *34. Sitio web de Geothermal Association (GTV-BV). www.geothermie.de Tabla 13 y Fig. 30. Elaboracion Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4.4 Unterhaching, Alemania. *35 Generador eléctrico La inauguración oficial de esta central fue hace pocos meses, en junio del año 2009. Turbina En términos generales el funcionamiento de la central es el siguiente : Intercambiador de calor El fluido geotermal inicial esta dividido en dos, permitiendo la generación de electricidad y Condensador la utilización del calor para calefacción distrital. Red eléctrica 3,4 MW La Red de calefacción urbana, tiene una longitud de aprox. 28 km (56 km de tuberías) y 5000 Hogares la tubería tiene una sección de 350 mm. calefacción distrital Producción de calor geotérmico: Profundidad pozo de producción : 3.400 m de profundidad Temperatura del fluido: 125 ° C Distancia entre los agujeros: 3500 m Capacidad: 150 L / s (utiliza bomba (bajo agua)) Planta de calefacción Bomba al interior del pozo Potencia Térmica: 70 -82 MW Clientes de calefacción urbana: 5.000 clientes Operado por MCE und Pfaffinger Fluido Alimentación Fluido Retorno 122ºC 50ºC aprox. Producción electricidad geotérmica 150 L/s Potencia eléctrica: 3,4 MW Clientes de electricidad: 5.000 hogares Empresa operadora de la central: Siemens , Tabla 14. Fig. 31. Esquema funcionamiento de la central de cogeneración Unterhaching 58 *34. Sitio web de Geothermal Association (GTV-BV). www.geothermie.de Sitio web de European Geothermal Energy Council –EGEC. www.egec.org/target/strasbourg08/EGEC WS strasbourg 06 180608.pdf www.geothermieprojekte.de Tabla 14 y Fig. 31. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 3.4.5 Reykjavik, Islandia a) Datos Generales de Islandia Población Nacional: 300.000 Hab. Capital: Reykjavik Población Reykjavik : en 2007 era de 117.721 Islandia se ubica al norte del océano Atlántico, cerca del circulo ártico y en pleno cordón del Atlántico medio, que es el limite entre las placas tectónicas norteamericana y euroasiática. Como resultado de su ubicación , Islandia es uno de los lugares con mayor actividad tectónica en el planeta y presenta una geografía montañosa y volcánica, peculiarmente dotada de recursos geotérmicos e hidroeléctricos. Su Capital Reykjavik está ubicada a los 64° 04' de latitud norte, siendo la capital más septentrional del mundo. Durante el invierno sólo recibe cuatro horas de luz solar y durante el verano las noches son tan claras como el día. Su clima es oceánico, pero mucho mas suave de lo que se podría esperar considerando su ubicación, la temperatura media anual en Reykjavik es 5ºC y la temperatura promedio en Enero es - 0.4ºC y en Julio 11.2ºC. Reykjavik Energy opera el mayor y más sofisticado sistema de calefacción distrital geotérmica del mundo, con redes de distribución de electricidad y de agua caliente que cumplen con los mas altos estándares de calidad. El área servida por esta misma empresa tiene una potencia térmica instalada (al año 2003) de 750 MW y abarca desde el sector de Kjalarnes al noreste de la capital y todo el sector sur de Hafnarfjordur , áreas donde reside el 57% de la población nacional. *36 Fig. 32. Áreas Volcánicas y geotérmicas de Islandia 59 *36. EINAR GUNNLAUGSSON. Reykjavik Energy -District Heating In Reykjavik And Electrical Production Using Geothermal Energy. 2003. www.sciencedirect.com Fig. 32. NATIONAL ENERGY AUTHORITY AND MINISTRIES OF INDUSTRY AND COMMERCE IN ICELAND. Geothermal Development and Research in Iceland [en linea] Sitio Web de la National Energy Authority of Iceland. www.os.is/page/english
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL b) Desarrollo y utilización de la calefacción geotérmica en Islandia Los primeros asentamientos islandeses utilizaban como forma de calefacción , fogatas al interior de las viviendas , cuyo tejado tenía una abertura que permitía la evacuación del humo e iluminar el interior. Sistema similar al utilizado en las rucas mapuches. Mas tarde cuando la leña comenzó a escasear , las personas se vieron forzadas a sobrevivir con menos calefacción y solo utilizan las cocinas como estufas, tal como ocurre hoy en día en la mayoría de los hogares de Temuco. Hacia inicios del siglo XX, los recursos geotérmicos comienzan a ser utilizados para calefacción de invernaderos ,piscinas y edificios. En 1950 cerca del 20% de las familias usan petróleo como combustible para su calefacción , un 40% usa carbón y cerca de un 25% disfruta de los servicios de calefacción geotérmica, Luego ,las crisis del petróleo de años 1973 y 1979 , generan un cambio en la política energética de Islandia , restando importancia al petróleo y fomentando los recursos energéticos propios, como hidroelectricidad y calor geotérmico. Esto significo la búsqueda de nuevas fuentes geotérmicas y la construcción de nuevos servicios de calefacción en el país, como líneas de cañerías para conducir el calor desde las centrales a las ciudades y la 4% 3% 2% 4% conversión de sistemas de calefacción desde electricidad o petróleo a calor geotérmico Calefaccion de Espacios 5% Generacion de Electricidad Hoy la calefacción de espacios es la mayor forma de aplicación de la energía geotérmica Acuicultura en Islandia. En el año 2005, el uso directo de energía geotérmica para calefacción era de Deshielo 54% aprox. 7,608 GWh . Correspondiente al 87% de los hogares de Islandia. *37 Industria En el tipo de exploración geotérmica de Islandia las reservas no son ilimitadas ,por tanto su 28% calefaccion Piscinas aprovechamiento debe ser muy bien evaluado. Invernaderos Grafico 4. Desglose de las formas de utilización de la energía geotérmica en Islandia durante el año 2005 60 *37 y Grafico 4. NATIONAL ENERGY AUTHORITY AND MINISTRIES OF INDUSTRY AND COMMERCE IN ICELAND. Energy Statistics in Iceland,2007. [en linea] Sitio Web de la National Energy Authority of Iceland. www.os.is/page/english
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL c) Calefacción distrital de Reykjavik Reykjavik se encuentra aledaña al sector de Hengill, una de las áreas mas extensas de Numero de personas servidas 181.626 Islandia con yacimientos geotérmicos de alta temperatura , conectados a tres sistemas Volumen de casas servidas 52.685.307 m³ volcánicos. Sin embargo solo han sido desarrollos dos campos geotérmicos de alta Temperatura del agua tras ser utilizada 75 temperatura , de los cuales uno es utilizado para cultivo en invernaderos, calefacción de Numero de pozos en uso 80 espacios y uso industrial en el pueblo de Hveragerdi y el otro campo ubicado en Potencia Termica instalada 1070 MW Nesjavellir donde la central Orkuveita Reykjavikur produce 90 MW de potencia eléctrica Largo total de la cañeria 2233 Km y cerca de 200 MW de potencia térmica distribuidos en la ciudad de Reykjavik. *38 Agua entregada 65.096.971 m³/año El sistema de calefacción distrital de Reykjavik, fue formalmente establecido tras la Tabla 15. Calefacción distrital Reykjavik , 2004 segunda guerra mundial, en Noviembre de 1943, cuando comienza la producción de agua 3% caliente en la central de Reykir ubicada a 18 Km. de la ciudad. En ese momento el sistema 18% contaba con la capacidad de entregar 200 litros por segundo de agua a 86ºC, hacia R e yk ir finales de ese mismo año cerca de 1.300 viviendas se encontraban conectadas y al año 53% N e sja vellir Laugarnes siguiente la cifra aumento a 2.850 hogares. A finales de 1972 el 97% de los hogares de 26% E lida ar Reykjavik utilizaban calor geotérmico para calefacción. *39 En 1999, comienza la producción de electricidad a través de la fusión de las compañías de Grafico 5 Origen de la energía geotérmica usada para calefacción en Reykjavik electricidad y calefacción y la creación de Reykjavik energy, que se transformaría entonces en el sistema geotérmico más grande de propiedad municipal. Campo Temperatura Capacidad Nº de pozos de produccion ºC l/s En resumen, actualmente el sistema de calefacción de la ciudad de Reykjavik, es nutrido Ellidaar 85-95 220 8 principalmente por tres campos de baja temperatura (Ellidaar, Reykir y laugarnes), el Reykir 85-95 1700 34 campo de alta temperatura de Nesjavellir y una serie de pozos de baja temperatura Laugarnes 125-130 330 10 dispersos por la ciudad. Nesjavellir 190 1800 24 Tabla 16 . Características de campos geotérmicos que suministran la calefaccion distrital de Reykjavik 61 Tabla 15. NATIONAL ENERGY AUTHORITY AND MINISTRIES OF INDUSTRY AND COMMERCE IN ICELAND. Geothermal Development and Research in Iceland [en linea] Sitio Web de la National Energy Authority of Iceland www.os.is/page/english *38,Grafico 5 y Tabla 16. EINAR GUNNLAUGSSON. Reykjavik energy -District heating in Reykjavik and electrical productionusing geothermal energy.[inea] www.sciencedirect.com *39. EINAR GUNNLAUGSSON, HREINN FRIMANNSON, GUNNAR A. SVERRISSON. District Heating in Reykjavik – 70 Years Experience. www.sciencedirect.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Funcionamiento de la central de Nesjavellir, Orkuveita Reykjavikur.*40 El agua, es impulsada fuera de los pozos por medio de bombas insertadas a cerca de 200 m. de profundidad en el interior de estos y conectadas por ejes de transmisión a motores eléctricos montados en la superficie. La mezcla de vapor y agua obtenida, es posteriormente conducida a una estación de separación, donde el agua es separada del vapor. Desde esta estación, ambos continúan en cañerías separadas. El vapor, tras pasar por turbinas generadoras de electricidad es conducido a un intercambiador de calor de condensación, donde es enfriado bajo presión, de forma que traspase su calor a agua fría proveniente de pozos cercanos a la orilla del lago Thingvallavatan, elevando la temperatura de esta de 4ºC a 50-60ºC. El agua de origen geotérmico que anteriormente fue separada del vapor, se conduce a un segundo intercambiador de calor, donde traspasa su calor al agua anteriormente calentada por el vapor, de modo que esta eleva su temperatura de 50-60ºC a 85-90ºC. Este fluido contiene oxigeno que ahora con mayor temperatura puede causar corrosión en la red distribución, por eso antes de ser entregado a la red , debe ser pasar por un desaireador donde este es eliminado. Tras pasar por el sistema desaireador, el agua extraída, es conducida a una estación de bombeo que la impulsa a uno o varios tanques de acumulación. 62 *40. EINAR GUNNLAUGSSON, HREINN FRIMANNSON, GUNNAR A. SVERRISSON. District Heating in Reykjavik – 70 Years Experience. www.sciencedirect.com www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Separador vapor y agua Generador eléctrico Turbina Intercambiador de calor 120 MW electricidad Generador Separador Vapor Agua Condensador Desaireador (intercambiador de calor) Calefacción Distrital Vapor 190ºC 82 – 85 ºC 3 Turbinas Intercambiador de calor 300 MW Potencia Térmica Agua 190ºC Agua Geotérmica enfriada Agua Subterránea Fría Vapor condensado Pozo alimentación 1800 L/s 5 pozos 190ºC Fig. 33. Diagrama simplificado de la central Orkuveita Reykjavikur, ubicada en Nesjavellir. 63 Fig. 33. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 4_ Salida del Vapor. 1_ Ingresa el fluido geotérmico. (vapor y agua) 2_ Paletas que agitan el fluido. 3_ Salida del agua. 4_Salida del vapor de baja presion. Fig. 34. Separador Vapor-Agua. 3-Conexión con el generador eléctrico. 2_El vapor causa la rotacion de la turbina. 1_ Ingreso del vapor a alta presión. Fig. 35. Turbina 64 Fig. 34 y 35. www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL La temperatura del vapor se reduce, cuando se utiliza para precalentar agua fría. El vapor como resultado se condensa. 1_Salida del vapor de baja presión. 4_ El agua fri se calienta en la mitad superior del condensador. 5_ El agua precalentada se conduce al intercambiador de calor geotérmico. 3_EL vapor se condensa al pasar junto a las tuberías de agua fría. 2_ Ingreso de agua fría. 6_Salida del vapor condensado Fig. 36. Condensador . (Intercambiador de Calor) 65 Fig. 36. www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Vapor de baja presión Condensador (intercambiador de calor) Vapor de alta presión Bombas de Vacio Turbina Generador Electrico Agua precalentada Agua fria Bombas Fig. 37. Esquema genera de la central, ofrecido por la empresa a cargo 66 Fig. 37. www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 4_ Se rocía agua fría para condensar el vapor. 3_ El gas es extraído mediante bombas de vacío. 2_ Se mantiene un vacío, en el desaireador, de modo el agua hierva a una temperatura mas baja. 1_ El agua caliente saturado de oxígeno disuelto se esparce en el desaireador. 7_ El agua caliente de 5_ Agua caliente recolectada. conduce a las bombas de 6_ Vapor a alta presión, es injectado en el agua para remover el oxigeno impulsion y porteriormente disuelto. a Reykjavik.. Fig. 38. Desaireador 67 Fig. 38. www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Red de Distribución El fluido proveniente de los diversos campos geotérmicos, es distribuido a tanques ubicados en diferentes sectores de la ciudad, para luego ser entregado a los usuarios del distrito correspondiente. En el caso de la central con mayor participación en el sistema de calefacción distrital de Reykjavik, Orkuveita Reykjavikur. El fluido caliente proviene del sector de Nesjavellir, a 180 m. sobre el nivel del mar, donde la central se ubica. Como primera etapa en la red de distribución, el fluido es acumulado en 2 tanques ubicados en Háhryggur en el area de Hengill, con un volumen de 18.000 m3 y ubicados a 410 metros sobre el nivel del mar. Desde ahí el agua fluye por gravedad a través de una cañería principal que tiene un diámetro de 90 cm y 22 Km de extension. Hasta una serie de tanques ubicados en el sector de Reynisvatn, al este de Reykjavik y a una altitud de 144 m.*42 En este trayecto el sistema funciona por gravedad y válvulas de control manejan el flujo a través de la línea de suministro, para mantener el nivel de agua en los tanques de Háhryggur constante. De los tanques en Reynisvatn, el gasoducto continua hacia el sur, suministrando agua caliente desde Nesjavellir a las ciudades Kópavogur, Gardabaer, Bessastaðahreppur y Hafnarfjörður. El propósito de todos estos tanques es compensar la variación diaria de la carga de forma de aminorar el numero de partidas de las bombas ubicadas en los pozos, proveer la alta cantidad de calor requerido durante olas de frío y proveer agua caliente durante fallas en las centrales. (Estaciones de bombeo, distribuidas por toda el área de servicio, impulsan el Fig. 39. Esquema tanques acumuladores. agua a los consumidores). 68 *41 y *42. EINAR GUNNLAUGSSON, HREINN FRIMANNSON, GUNNAR A. SVERRISSON. District Heating in Reykjavik – 70 Years Experience. www.sciencedirect.com Fig. 39 www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL N o REYKIR HENGILL AREA REYNISVATN Grafarholt Reynisvatnsheidi Háhryggur NESJAVELLIR Fig. 40. Esquema de distribución del fluido , desde la central de Nesjavellir a los tanques acumuladores en Reykjavik. 69 Fig. 40. www.or.is/English/Projects/NesjavellirGeothermalPlant/
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Datos Generales del sistema En Reykjavik, el 70% de la red es formada por una sola cañería (que en su interior contiene dos cañerías , de entrega y retorno) y el resto es de doble cañería. En el caso del sistema doble, el agua de retorno de los consumidores es llevada a estaciones de bombeo donde es mezclada con agua caliente proveniente de las centrales geotérmicas de forma que esta ultima disminuya su temperatura a 80ºC, como requiere se requiere para la calefacción residencial. La parte de la red conformada por una cañería única, lleva el agua de retorno directamente al resumidero. El largo total de las cañerías del sistema de distribución, es cerca de 1300 Km., que incluyen las cañerías desde los pozos a los consumidores (entre Nesjavellir y Reykjavik 24 km.). La cañería principal tienen un diámetro de 900 mm. y 800 mm. y las cañerías que van desde la red principal a los consumidores tiene un diámetro máximo de 150 mm. La red esta diseñada para conducir agua sobre 100ºC y para 1,870 L/s. Esta hecha de acero, aislada con lana de roca y cubierta con plástico y aluminio cuando se encuentra instalada por encima del suelo y con poliuretano y plástico cuando esta enterrada. *43 El precio del agua caliente en Reykjavik, es de 0.73 US$/m3, siendo aprox. un tercio de lo que cuesta la calefacción a petróleo. En pequeñas casas o departamentos, el consumo anual promedio es cerca de 2 metros cubicos por cada metro cubico de la vivienda y en departamento mas grandes es cerca de 1,5 metros cubicos por cada metro cubico de la vivienda. Claro que estos valores con el tiempo decrecerán, gracias a las mejoras en la calidad de la aislación. *44 70 *43 y *44. EINAR GUNNLAUGSSON, HREINN FRIMANNSON, GUNNAR A. SVERRISSON. District Heating in Reykjavik – 70 Years Experience. www.sciencedirect.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 89ºC 89ºC 80 ºC 35 ºC Pozo alimentación Reykir Pozo alimentación Ellidar 89ºC 80 ºC 35 ºC Pozo alimentación Laurganes 125 ºC 80 ºC 35 ºC Fluido geotérmico condensado Drenaje Pozo alimentación Nesjavellir 83 ºC 80 ºC 35 ºC Agua Subterránea Fría Separador vapor y agua Fluido geotérmico Fluido geotérmico Subestación horas punta condensado condensado Drenaje Estanques de Almacenamiento Viviendas Fig. 41. Esquema del sistema de calefacción de Reykjavik 71 Fig. 41. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL En esta investigación de casos, se obtuvo mayoritariamente información sobre las características de las centrales geotérmicas, pues la información disponible en Internet y en textos, sobre la red de distribución del sistema de calefacción distrital es escasa e incompleta. En base a lo descrito anteriormente y con la información obtenida de cada caso, se realizaron tablas comparativas expuestas en las paginas siguientes. Estas reflejan en primer lugar, la implicancia que tienen los diversos aspectos en la potencia térmica y eléctrica final de la central y en segundo lugar, se observa que el numero de usuarios de calefacción distrital y la potencia térmica de la central, tienen directa relación con las condiciones climáticas de cada lugar. En términos mas concretos, al observar la tabla con las centrales ordenadas de menor a mayor capacidad, podemos apreciar que este orden creciente solo se mantiene para la potencia térmica de las centrales comparadas . Esto nos permite observar la importancia que tienen otros factores, diferentes a la capacidad, como es la temperatura inicial del fluido geotérmico y concluir que en el fondo la producción de la central solo podrá estimarse, mediante estudios o modelamientos que consideren las variables mencionadas en este estudio (temperatura inicial del fluido, salinidad, capacidad, clima, etc..) y muchas otras referidas a la eficiencia de los elementos que componen la central. Cuando además comparamos la potencia térmica de las diversas centrales y el numero de clientes que estas atienden, se aprecia por ejemplo que a pesar de Neustadt glewe y Landau tener potencias térmicas parecidas (6,5 y 6 MW), el numero de clientes es extremadamente diferente (2.000 y 300 clientes); esto se debe a que la potencia termica requerida por cliente es mucho mayor en Landau, lo que puede deberse entre otros factores a que su clima es mas frio, como se indica en la Tabla 18 y el Grafico 6. Lo mismo ocurre en el caso de Reykjavik, que a pesar de tener una mayor potencia térmica, el numero de usuarios es levemente inferior a otras centrales. 72
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL Neustadt -Glewe Landau Altheim Unterhaching Nesjavellir (Orkuveita Reykjavikur) Capacidad 10-30 l/s 50-70 l/s 100 l/s 150 l/s 1.800 l/s Profundidad pozo produccion 2.250 m. 3.300m. 3.078m. 3.400m. 2.000m. Temperatura del fluido 97ºC 150ºC 106ºC 125ºC 190ºC Potencia Térmica (Mega Watt) 6,5 MW 6 MW 12,4 MW 82 MW 300 MW Nº de Clientes calefaccion urbana 2.000 300 5.0000 5.000 7.384 Potencia Eléctrica (Mega Watt) 230 KW 3,8 MW 1 MW 3,4 MW 120 MW Tabla 17 Neustadt -Glewe Landau Altheim Unterhaching Nesjavellir (Orkuveita Reykjavikur) T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. T.M. Minima Maxima Minima Maxima Minima Maxima Minima Maxima Minima Maxima Enero -1 2 -5 2 -6 0 -5 2 -2 2 Febrero -1 3 -4 4 -5 3 -4 4 -2 3 Marzo 1 6 -1 8 -1 9 -1 8 -1 4 Abril 4 10 3 13 3 14 3 13 1 6 Mayo 8 16 7 17 7 19 7 17 4 10 Junio 12 19 10 21 11 22 10 21 7 12 Julio 14 21 12 23 12 24 12 23 9 14 Agosto 14 21 12 22 12 23 12 22 8 14 Septiembre 11 18 9 19 9 20 9 19 6 11 Octubre 7 13 4 14 4 13 4 14 3 7 Noviembre 3 8 0 7 0 6 0 7 0 4 Diciembre 0 4 -4 3 -4 2 -4 3 -2 2 Tabla 18 73 Tabla 17 y 18. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 3. SISTEMAS DE CALEFACCION DISTRITAL 30 25 20 TM Minima Neustadt glewe 15 TM Maxima Neustadt Glewe TM Minima Landau TM Maxima Landau TM Minima Altheim 10 TM Maxima Altheim TM Minima Unterhaching TM Maxima Unterhaching 5 TM Minima Reykjavik TM Maxima Reykjavik 0 ri l o o o e zo o lio e e o e er br ay t ni er br br br os Ab ar Ju Ju En tu em M m m br Ag M Oc ie ie Fe ci ov pt Di -5 Se N -10 Grafico 6 74 Grafico 6. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO. 75
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Como detallamos en las paginas anteriores, Chile posee un enorme potencial geotérmico que hasta el día de hoy no ha sido desarrollado con fines comerciales o energéticos. Sin embargo existe un proyecto que pretende romper con esta realidad, se trata de la instalación de una central de generación eléctrica en la concesión geotérmica San Gregorio, ubicada en las cercanías de Curacautín a 80 Km aprox. de Temuco. Para determinar los beneficios o las posibilidades que otorgaría al área circundante un proyecto de esta magnitud, es necesario pensar en las problemáticas que afectan al sector. De esta forma, tras considerar los altos índices de contaminación ambiental en la ciudad de Temuco, causados por el mal uso de la leña como combustible para calefacción, surge la interrogante : ¿ Será posible instalar en Temuco ,un sistema de calefacción distrital alimentado por la futura central geotérmica ? Para analizar la factibilidad de este cuestionamiento, debemos primero situarnos en el área y ver en detalle los elementos que han originado esta situación de contaminación en Temuco y las variables que podrían intervenir en la instalación del proyecto en cuestión . 76
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.1 Ubicación y geografía La ciudad de Temuco, es la capital de la región de La Araucanía, se ubica a 674 Km. al sur de Santiago, a riberas del río Cautín y en la depresión intermedia de la región a 38º46’ Latitud Sur y 72º38’ Longitud Oeste. El área metropolitana incluye las comunas de Temuco y Padre Las Casas que ocupan una superficie de 875,7 km2. El relieve de la zona, está constituido al Norponiente por el cerro Ñielol, con una altura de 340 m. y por el Sur-Este el cerro Conun Hueno, que alcanza una altura de 350 m. N Fig. 42. Imágenes satelitales y áreas de Temuco. 77 Fig. 42. Google Earth www.skyscraperlife.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.2 Clima y Población Clima templado lluvioso con influencia mediterránea, presentando temperaturas promedio cercanas a los 12 ºC y precipitaciones de más de 1.000 mm al año. En los meses de verano, se registran precipitaciones superiores a los 50 mm, por lo que no se puede hablar de estaciones secas. Durante el año, se presentan marcadas diferencias de temperatura mostrando una oscilación anual de unos 9°C entre Enero y Julio, para los valores medios. Por otra parte, las extremas absolutas pueden variar entre los -5 °C (junio) y 37 °C (febrero). Precisamente son estas temperaturas extremas en los meses invernales, las que hacen particularmente intensivo el uso de calefacción residencial en la ciudad. Número de personas por hectárea En cuanto a población, las principales cifras, de la comuna de Temuco son las siguientes: N Población Total *45: 293.169 hab. , 30,74 % de la población regional 274.582 Hab. Población urbana 18.147 Hab. Población rural Densidad de población *46: 631,83 Hab./Km². Tasa de Crecimiento *47: 2,66 % 30 25 20 15 10 5 Minima Media Temuco Media Temuco 0 Maxima Media Temuco zo lio e e ril o to e o o o e br br br ni er ay er br os Ab ar Ju Ju m m em br En tu M Ag M ie ie Oc Fe ci ov pt Di Se N Grafico 7. Temperaturas medias mensuales en Temuco. Fig. 43. Densidad Población Temuco . 78 *45 y *46. Sistema Nacional de Información Municipal . www.sinim.cl *47 y Fig. 43. Observatorio urbano MINVU. www.observatoriourbano.cl Grafico 7. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.3 Características Urbanas 4.3.1 Uso de Suelo •La actividad comercial y de servicios: Se concentra en el área central y en torno a la Av. Alemania. •La industria y los talleres :Se localizan en torno a ejes viales nacionales e intercomunales. En algunos casos muy próxima al uso residencial generando deterioro en la calidad de vida. •Las zonas residenciales: Se concentra la mayor parte hacia el sector poniente . •El equipamiento deportivo e institucional: Reviste especial importancia, la sedes universitarias y el conjunto de equipamiento en torno a la Av. Balmaceda. La Feria Pinto y los terminales de transporte público, generan focos de deterioro, favorecida con la existencia de un sinnúmero de sitios eriazos. N Industria Comercio Vivienda Fig. 44. Concentración de usos en Temuco 79 Fig. 44 . Memoria explicativa plan regulador comunal de Temuco. Sitio web Municipalidad de Temuco. www.temucochile.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.3.2 Vialidad Estructurante Escala Nacional: La Av. Caupolicán (1) forma parte de la Ruta Nº 5 (camino nacional), el alto flujo vehicular, genera deterioro en sus bordes por localización de actividades relacionadas directamente con industrias, talleres y bodegaje, además genera efecto separador entre sus aceras. Vía de escala Intercomunal o Vía Troncal :Este tipo de vías, establecen conexión entre las diferentes zonas urbanas de una intercomuna. Flujo predominante de locomoción colectiva.En tramos de ellas se dan actividades deteriorantes, por los altos flujos vehiculares que inhiben la localización de viviendas, generándose efectos separadores entre sus aceras. Vía Colectora :Su rol principal es de corredor de distribución entre la residencia, los centros de empleo y servicios y de repartición y/o captación hacia o desde la trama vial de nivel inferior. Vía de Servicio: Vía que tiene como rol permitir la accesibilidad a los servicios y al comercio emplazado en sus márgenes. Av. Barros Arana (2), Pedro de Valdivia (3) , Av. Balmaceda (4, Manuel Recabarren (5) , Inés de Suárez (6), Calle Javiera Carrera (7), Prat (8) y Bulnes (9), Av. Valparaíso (10),Gabriela Mistral (11), Montt (12), Claro Solar (13), San Martín (14), O'higgins (15), Pablo Neruda (16) Av. Las Encinas (17) , Av. Costanera (19) 80
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO N 1 3 2 10 89 14 6 7 11 4 16 12 15 13 17 18 19 5 Fig. 45. Vialidad Estructurantes de Temuco 81 Fig. 45. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.3.3 Sectorización El municipio de Temuco, ha definido nueve macro sectores, que a su ves contienen diversos barrios o micro sectores caracterizados por diversas condiciones urbanas, sociales, y económicas. Los Macrosectores, se denominan: Centro, Pueblo Nuevo, Pedro de Valdivia, Amanecer, Costanera del Cautín, El Carmen, Temuco Poniente, Labranza y Rural. Los dos últimos se ubican fuera del área en estudio. Los barrios o micro sectores definidos por el municipio, son 21 zonas homogéneas que poseen características semejantes en cuanto a su situación geográfica, silueta lejana, planta urbana, silueta cercana, homogeneidad de alturas, espacio público vial y peatonal, espacios verdes, arborización y otros elementos vegetales, mobiliario urbano, características de las edificaciones: alturas, proporción de fachadas, relación y posición en el predio, techumbre, relación llenos y vacíos, uso del color y materialidad. N N Acceso Norte Pedro de Valdivia Pueblo Nuevo Pedro de Valdivia Pueblo Nuevo El Carmen Lanin Maestranza Cataluña Costanera Pueblo Centro Av. Alemania Temuco Poniente Ingles Sta. Rosa Centro Pablo Neruda Dreves Miramar Juan Javiera Isla del Nuevo Amanecer Pablo II Carrera cautín Costanera del Cautín Macrosectores Oficiales Fig. 46. Macrosectores Oficiales Fig. 47. Microsectores Oficiales Nuevo 82 Amanecer Fig. 46 y 47. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.4. Sistemas de calefacción y su incidencia en la Contaminación Atmosférica A través del D.S. Nº 35/2005, se declaro zona saturada por material particulado respirable (MP10), la zona correspondiente a las comunas de Temuco y Padre Las Casas. Esta declaración, se fundamenta en los registros obtenidos mediante el monitoreo oficial de MP10 desde el año 2000 en adelante, en los que se constató la superación de la norma en los años 2001, 2003 y 2004; siendo este último, el año de referencia para la solicitud de declaración de zona saturada y el diseño del Plan de descontaminación atmosférica. Se entiende sobrepasada la norma diaria de MP10 cuando el percentil 98 es mayor o igual que 150 ug/m3, o cuando en el periodo de un año hay más de 7 días con concentraciones superiores a ese valor. La norma anual, se entiende sobrepasada cuando el promedio de tres años consecutivos es mayor que 50 ug/m3. En la tabla 19, se señala para cada año el número de días con promedios por sobre los 150 ug/m3 y el valor del percentil 98, justificando la declaración de la ciudad como zona saturada. *48 Los altos niveles de concentraciones de MP10 presentan una estacionalidad anual muy marcada y un ciclo diario característico. En términos de ciclo anual, las concentraciones promedio diarias se incrementan entre los meses de abril y septiembre, ocurriendo en este periodo los casos en los que se supera el valor establecido por la norma; en términos de ciclo diario, a partir de las 18:00 hrs. se experimenta un incremento de las concentraciones de MP10, alcanzando los valores máximos entre las 20:00 y las 00:00 horas de cada día. *49 Tanto el ciclo anual como el ciclo diario están fuertemente asociados a condiciones meteorológicas que determinan la mala dispersión de contaminantes y la ocurrencia de episodios (estabilidad atmosférica y bajas temperaturas), así como también al aumento en las emisiones producto de la calefacción residencial. Año Nº de dias concentración Percentil 98 Promedio de concentración Promedio 3 años mayor a 150 ug/m³N (ug/m3) anua ug/m³N consecutivos 2001 13 188 56 2002 5 140 44 2003 8 152 43 48 2004 15 172 50 46 2005 11 175 48 47 Tabla 19. Resumen Concentraciones de MP10 Estación Las Encinas de Temuco ,Años 2001 al 2005. 83 *48, *49, Tabla 19 y 20 . COMISIÓN NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE. Anteproyecto de Plan de descontaminación Atmosférico para las comunas de Temuco Y Padre Las Casas.[en linea] Sitio Web CONAMA. www.conama.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO El origen de las emisiones de material particulado respirable (MP10), se estableció a través de un inventario de emisiones que fue actualizado por ultima vez el año 2004. El resumen de este inventario se puede ver en la tabla 20 e indica a las fuentes residenciales como las principales responsables de la contaminación por MP10 en las comunas de Temuco y Padre Las Casas, con un aporte del 87,2% de las emisiones totales. *50 4.4.1 Leña como combustible para calefacción , formas de uso y regulación. Estudios realizados por la Universidad de Concepción y CONAMA, determinaron una serie de datos con respecto a los sistemas de calefacción en el área de Temuco y Padre las Casas, a continuación algunas cifras que revelan la incidencia de la leña en las condiciones ambientales de estas ciudades. En todos los sectores de Temuco, más del 56 % de los hogares encuestados utilizan leña para su calefacción, presentando un mayor porcentaje de consumo de leña el sector Amanecer (81,0%). El porcentaje total de hogares que emplean leña es igual a 68,5% para la comuna de Temuco y para Padre las Casas es equivalente a 68,9% . *51 90 81% 77,8 % 80 74,4 % 68,5 % 70 66% 64,9 % 60 56,3 % Tipos de Fuentes Emisión MP10 (% del actual) 50 Edificios e Industrias 7 40 Residenciales (combustión leña) 87,2 30 Quemas agrícolas e Incendios forestales 4,3 20 Móviles 1,5 10 Total 100 0 Centro Poniente Amanecer Sta Rosa P. Nuevo P. de Valdivia Comuna de Temuco Tabla 20. Resumen Inventario de Emisiones 2004 Grafico 8. % de hogares que utilizan leña para calefacción en la comuna de Padre las Casas ,por sector. 84 *50 . COMISIÓN NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE. Anteproyecto de Plan de descontaminación Atmosférico para las comunas de Temuco Y Padre Las Casas.[en linea] Sitio Web CONAMA. www.conama.cl *51 y Grafico 8. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas. www.sinia.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Comuna Volumen Total Anual para encuestados Nº Hogares Encuestados Consumo Medo que consumen Leña (m³ estereo/año) que Consumen Leña (m³ estereo/ hogar año) Temuco 3032,6 314 9,7 Padre las Casas 1317,9 150 8,8 Tabla 21. Estimación de consumo promedio anual por hogar para Temuco y Padre las Casas. Ruma Volumen m. Esterieo (m³) Peso (Kg) Nº Chocos Peso por Choco (Kg) 1 0,9295 571,86 111 5,15 2 0,8613 543,04 108 5,02 3 0,995 599,20 115 5,21 4 0,8931 596,93 93 6,41 Media 0,920 577,758 106,75 5,44 Desv. Estandar 0,057 26,52 9,6 0,64 CV (%) 6,250 3,54 8,99 11,87 Tabla 22. Mediciones en un metro cúbico de leña , trozada a 33cm. Comuna Temuco Padre Las Casas Total Nº Hogares 72.476 14.043 86.519 % Hogares que usan leña 68,5% 68,8% - Nº Hogares que usan leña solamente o en 49.646 9.676 59.322 combinación con otro combustible Consumo Medio de Leña por hogar 9,7 8,8 - ( m³ estereo/hogar año) Consumo Total de Lena 481.567 85.146 566.712 ( m³ estereo/ año) Consumo Total de Lena 277.864.159 49.129.242 326.993.401 ( Kg/ año) Tabla 23. Estimación de consumo total de leña para Temuco y Padre las Casas. 85 Tabla 21,22 y 23. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas www.sinia.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Como determinaron las cifras anteriores , la leña es el principal combustible residencial en las ciudades de Temuco y Padre Las Casas, empleándose tanto para calefacción como para cocción de alimentos. Su alto consumo se debe principalmente a las siguientes condiciones: •Bajas temperaturas, desde marzo a fines de septiembre, periodo en que se caracteriza el consumo y uso de leña.; •Alta disponibilidad local del combustible; •Bajo precio de venta, comparado con el de otros combustibles tales como gas, petróleo, parafina y electricidad; •Arraigo cultural asociado principalmente al uso de cocinas a leña. Los factores que han convertido a la combustión residencial de leña en la principal fuente de contaminación en Temuco y Padre Las Casas (y en otras ciudades de la zona centro-sur de Chile), son : •La comercialización y uso de leña que no cumple con los estándares mínimos de calidad para generar una reacción de combustión óptima, es decir, que entregue toda la energía contenida en el combustible y produzca, a la vez, un mínimo de emisiones. Actualmente, en la comercialización de la leña existe una gran heterogeneidad en formatos de venta, contenidos de humedad y, en definitiva, en poder calorífico. •La leña se usa, mayoritariamente, en equipos (calefactores y cocinas) que carecen de la tecnología adecuada para mantener una reacción de combustión de bajas emisiones. •La alta demanda de leña para calefacción, producto de la precaria aislación térmica con que cuentan las viviendas existentes. El calor obtenido de la leña no se conserva dentro de la vivienda, sino que se disipa rápidamente al exterior a través de la envolvente (muros, techos y pisos). •El usuario, privilegiando ahorros de corto plazo, busca las ofertas más económicas de leña, sin evaluar su calidad. Además, hace mal uso y una operación inadecuada de los artefactos. 86
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Con respecto al tipo de sistema que utilizan los hogares para calefacción a leña, podemos ver en el grafico 8 , que el principal artefacto es la cocina con un 40% de uso en Temuco y un 71% en Padre las Casas. *52 El principal combustible utilizado para cocinar es el gas licuado (65% para Temuco y 50% para Padre las Casas), mientras los hogares que sólo cocinan con leña representan una fracción minoritaria en las comunas señaladas. *53 Por tanto, el uso de leña en cocinas es prioritariamente para calefaccionar y no para cocinar, como cabría esperar. Este es un aspecto fundamental a considerar y priorizar en la toma de decisión para disminuir la contaminación atmosférica por quema de leña en los domicilios en Temuco y Padre las Casas. Temuco Padre Las Casas 12% 3% 22% 3% Cocina 40% Salamandra 11% Chimenea Combustión CD: corresponde a estufas de combustión lenta de doble cámara Combustion CS 18% Combustión CS: son las estufas de combustión lenta de cámara simple Combustion CD 71% 6% 14% Grafico 9. Sistema que usa para calefaccionarse con leña Temuco Padre Las Casas Solo Leña Gas Comun 12% 5% 1% 8% Electricidad 12% 35% Carbon Leña Carbon Parafina Leña Gas 6% Leña Electricidad 50% 65% 1% 2%1% 2% Grafico 10. Combustible que usa para cocinar 87 *52, *53, Grafico 9 y 10. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas www.sinia.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Características aparatos mas utilizados para calefacción a leña en Temuco • Chimeneas: Calefactores que se construyen con ladrillos refractarios a pedido. Se caracterizan por tener cámaras de combustión de un gran volumen, pueden o no tener compuerta para introducir la leña. • Salamandras: Estas estufas poseen cámaras de combustión con paredes de fierro fundidos y se caracterizan por la limitada capacidad de control de ingreso de aire de combustión. Aunque estos antiguos calefactores tienden a ser reemplazados por nuevos modelos de estufas a combustión lenta, en diversas ferreterías de Temuco se siguen comercializando, dado se son de menor costo . • Combustión lenta: Este modelo de calefactor posee una cámara de combustión construida con planchas de acero soldadas y dispone de un visor de vidrio. Posee sellos de aire adecuados en las puertas que permiten regular completamente la cantidad de aire de combustión que ingresa al hogar. • Combustión lenta con doble cámara: Modelo de calefactor similar al anterior, pero posee una doble cámara de combustión con suministro dosificado de aire secundario. Con esta segunda cámara se logra realizar una combustión completa, reduciendo la emisión de gases y partículas no quemadas. Corresponde a la tecnología más avanzada y difundida que actualmente se comercializa en la zona en estudio . • Cocina básica: Artefacto usado masivamente en Temuco y Padre las Casas, permiten la cocción de los alimentos y simultáneamente aprovechar el calor para calefaccionar la casa, poseen una pequeña cámara de combustión rodeada de material refractario con una parrilla y cenicero. Estos equipos se permiten una adecuada regulación del aire de combustión bajo parrilla (aire primario).. Sin embargo, no tienen mecanismos de abatimiento de emisiones que permitan mejorar su desempeño desde el punto de vista ambiental. 70 62 60 % 52 50 La potencia térmica promedio , se obtiene considerando la potencia de los artefactos % ofrecidos por las marcas mas comercializadas. 40 35 32 30 % % 20 12 15 % 10 9 9 11 10 Potencia kW 0 Eficiencia % Chimenea Salamandra Co mbustio n Co mbustio n Co cina CS CD. Basica Grafico 11. Potencia y Eficiencia de aparatos de calefacción mas usados en Temuco. 88 Grafico 11. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.4.2 Humedad en la Leña La leña que se comercializa en Temuco y Padre las Casas en la temporada de otoño, tiene un contenido de humedad principalmente en el rango de 50 – 100%. El 50% de las muestras se encuentra en el rango 75 – 100%. Estos niveles están claramente por sobre los niveles normados en países como EE.UU. ó Canadá, donde se considera que la leña está apta para ser quemada cuando tiene un contenido de humedad de 25% . La Norma Chilena de Cálculo de Construcciones en Madera (NCh 1198), define como madera en estado verde aquélla cuyo contenido de humedad es superior al 30 % y como madera seca cuyo contenido de humedad no es superior al 20 %. Los altos contenidos de agua en la madera requieren mayor cantidad de energía para la evaporación, primera etapa de la combustión. El usuario pierde la energía requerida para completar bien este proceso, afectando a la eficiencia de la combustión y contribuyendo a la emisión de partículas contaminantes. Los estudios indican que humedades de 20% e inferiores reducen drásticamente la emisión de material particulado y mejoran la eficiencia energética de la combustión. Lo cual es alcanzable con métodos de secado natural. 80 Nº de muestras 70 60 50 2% 7% 2% 1% Roble Humedad 40 5% Olivillo 3% Pino recolectada en 30 1% Eucaliptus picadurias Aromo 20 Leña Rauli 10 acondicionada año Coigue 79% 2001 0 Ulmo 0-25 % 25-50 % 50-75 % 75-100 % 100-125% 125-150% % Humedad base seca Grafico 13. Distribución humedad leña en Temuco y Padres las Casas Grafico 12. Leña preferida por compradores de ambas comunas (173 muestras de roble recolectadas mes abril 2002) 89 Grafico 12 y 13 . UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas www.sinia.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO 4.4.3 Potencia Térmica que utiliza el área saturada, en calefacción. Según los datos recolectados, podemos obtener por medio de 2 métodos la cantidad de potencia térmica equivalente al consumo de leña actual en el área saturada de Temuco y Padre las casas. Humedad Madera Poder Calorífico Eficiencia Térmica Base Poder Calorífico Utilizable % Base seca Inferior Anual (Kcal/Kg) Caso I : (Kcal/Kg) 0 4700 77 3619 Considerando: 20 3810 79 3010 1 m3 de leña equivale a 577 KG 40 3172 75 2379 Poder Calorífico de la Leña 40% humedad :2.379 Kcal/ kg. 60 2697 71 1915 1 MW = 1.000.000 W. 80 2329 66 1537 1Kcal = 4186,8 Joule 100 2029 63 1278 Tabla 24. Poder calorífico de la leña según su porcentaje de humedad Viviendas Hogares que Consumo medio de leña por Consumo Leña anual Área Urbana utilizan leña vivienda en un año (Unidades) (Porcentaje) (m³ estereo/ hogar año) (m³ estereo/ año) Temuco 72.476 68,5 9,7 481.567 Padre Las Casas 14.043 68,8 8,8 85.146 Tabla 25. Numero de viviendas y consumo de leña . Temuco y Padre las Casas. Consumo anual de leña en área saturada Consumo anual de leña en área saturada (Temuco y Padre las Casas) (Temuco y Padre las Casas) (m³ estereo/ año) Kilogramos /año 566.713 326.993.401 Tabla 26. Consumo anual de leña en area saturada 90 Tabla 24. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas. www.sinia.cl Tabla 25 y 26. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Calculo de Potencia térmica ,a la que equivale el consumo de leña en Temuco y Padre las Casas. Potencia, es la cantidad de energía efectuada por unidad de tiempo y como el calor es una forma de energía , para calcular la potencia térmica debemos considerar el calor liberado en una unidad de tiempo. De esta forma para realizar el calculo en cuestión debemos conocer el Poder Calorífico de la leña, que nos indica la cantidad de calor que se libera al realizar la combustión de una unidad de volumen de este combustible. A modo de ejemplo algunas unidades del poder calorífico son Kcal/m3; Btu/ft3; Cal/L. Poder calorífico de la leña X Total de Kg. Leña consumidos por año en Temuco y Padre las Casas 2.379 Kcal./Kg. 326.993.401 Kg/año 88.803.344,86 Kcal. /Hr. 103.278.290 Joule /seg. 103,27 MW Potencia térmica equivale el consumo de leña en Temuco y Padre las Casas. Sin embargo, esta potencia corresponde a las condiciones actuales de la calefacción en Temuco y Padre las Casas, es decir con el uso de leña con altos niveles de humedad, en aparatos de baja eficiencia y viviendas que en muchos casos no cuentan con buenas condiciones de aislamiento térmico . Por eso es necesario investigar y resolver cual seria el requerimiento térmico de una ciudad con un nuevo sistema de calefacción y viviendas con un nivel mínimo de aislación térmica. 91
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Caso II : Con los datos a continuación, podemos determinar el numero de viviendas que utilizan cada aparato de calefacción , tanto para la comuna de Temuco como para Padre las Casas. Posteriormente con esos datos mas los datos de potencia y eficiencia por aparato, podremos determinar la potencia térmica equivalente a la entregada por la totalidad de aparatos de calefacción en Temuco y Padre las Casas. Viviendas Área Urbana Porcentaje de hogares que utilizan leña Total hogares consumen leña (Unidades) (Porcentaje) (Unidades) Temuco 72.476 68,5 49.646 Padre Las Casas 14.043 68,8 9.661 Tabla 27. Numero de viviendas que consumen leña. Temuco y Padre las Casas Temuco Padre las Casas Artefacto Porcentaje Porcentaje Temuco Padre las Casas Cocina 40 % 71% 11% 3% Cocinas 6% Combustión CD 22% 3% 14% 12% Combustion CD 40% Combustion CS Combustión CS 18% 12% 3% Salamandra Salamandra 14% 11% 18% Chimenea 71% Chimenea 6% 3% 22% Grafico 14.Porcentaje de uso por artefacto para calefaccionar Tabla 28. Porcentaje de uso por artefacto de calefacción 92 Grafico 14. Elaboración Propia Tabla 27 y 28 . UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas. www.sinia.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 4. SITUACION ACTUAL DE TEMUCO Viviendas por artefacto en : Total viviendas en Temuco y A partir del número total de viviendas por artefacto en Temuco y Padre las casas y Temuco + padre las casas Padre las Casas por artefacto Artefacto la potencia promedio de cada artefacto, puedo obtener la potencia térmica Unidades Unidades correspondiente al conjunto de artefactos en esa área. Es decir: Cocina 19.868 + 6.859 26.727 Combustión CD 10.922 + 289 11.211 Potencia Térmica Total según artefactos utilizados en Temuco y Padre las Casas: Combustión CS 8.936 + 1.159 10.095 Salamandra 6.950 + 1.062 8.012 ( Potencia térmica Artefacto 1 X utilizan artefacto 1 )+ ( Numero de viviendas que Potencia térmica Artefacto 2 X utilizan artefacto 2 )+ … Numero de viviendas que Chimenea 2.978 + 289 3.267 Tabla 29. Número de viviendas que utilizan cada aparato de calefacción , en las comuna de Temuco y Padre las Casas Potencia Eficiencia Potencia Total Potencia Efectiva * 32 Cocina Basica Artefacto 11 Artefacto MegaWatt MegaWatt Kilowatts Porcentaje 52 Combustion CD. 9 Cocina 294 MW 94 MW Cocina 11 kW 32% Combustion CS 62 Combustión CD 100,9 MW 52,47 MW 9 Combustión CD 9 kW 52% 35 Combustión CS 90,86 MW 56,33 MW Combustión CS 9 kW 62% Salamandra 10 Salamandra 80,12 MW 28,04 MW Salamandra 10 kW 35% Chimenea 15 Eficiencia % 12 Chimenea 39,2 MW 5,88 MW Potencia Kw Chimenea 12kW 15% 0 10 20 30 40 50 60 70 Total 605,08 236,72 Tabla 30. Potencia y Eficiencia por artefacto Grafico 15. Potencia y Eficiencia por artefacto Tabla 31. Potencia total y efectiva entregada por tipo de artefacto en Temuco y Padre las Casas La sumatoria de potencias efectivas de la tabla 29, permite finalmente determinar que : La potencia térmica del área saturada , determinada a partir de los artefactos utilizados en calefacción es : 190,7 MW 93 Tablas 29, 30, 31 y Grafico 15. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO. 94
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Como vimos en el capitulo anterior ,los factores que explican el alto consumo de leña ,son : •Las bajas temperaturas, desde marzo a fines de septiembre, periodo en que se caracteriza el consumo y uso de leña. •La alta disponibilidad local del combustible. •El bajo precio de venta, comparado con el de otros combustibles tales como gas, petróleo, parafina y electricidad. •El arraigo cultural asociado principalmente al uso de cocinas a leña. Y los factores que han convertido a este combustible en la principal fuente de contaminación , son : •Que no cumple con los estándares mínimos de calidad . •Se usa, mayoritariamente, en equipos ineficientes y contaminantes. •El calor no es aprovechado correctamente producto de la precaria aislación térmica de las viviendas existentes •El usuario, privilegia ahorros de corto plazo, utilizando leña mas económica sin evaluar su calidad. Considerando todos estos elementos, la calefacción distrital de origen geotérmico seria una alternativa real ante la crisis ambiental de Temuco. Cuando comparamos las características de un sistema de este tipo con los motivos que hacen a la leña tan popular , veremos que la calefacción distrital geotérmica tiene las mismas ventajas que la leña, es económica y abundante en la zona; sin embargo es una energía limpia que brindaría no solo beneficios a Temuco sino al área rural ubicada en el trayecto de la red , generando nuevas fuentes laborales e impulsando la actividad económica del sector. Los inconvenientes para la incorporación de este sistema también tienen similitudes con los factores que hacen de la leña un combustible perjudicial para la zona y me refiero principalmente a las condiciones de aislación térmica de las viviendas y al fuerte arraigo cultural asociado al uso de cocinas a leña, condiciones difíciles de modificar. A continuación veremos las características generales que tendría un sistema de calefacción distrital en la ciudad de Temuco, alimentado por la futura central geotérmica San Gregorio. 95
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.1 Emplazamiento de la red. Para definir el recorrido que efectuaría la red distribuidora de calor, se consideraron dos variables : •Disminuir obstáculos en el trayecto: Se busco la ruta con menores inconvenientes en cuanto a las condiciones del terreno, es decir evitando caminos con excesiva pendiente u obstáculos como ríos o cerros •Disminuir en lo posible la extensión de la red De esta forma se determino que la red debía instalarse paralela a algún camino, aprovechando el terreno ya nivelado y libre de obstáculos. Finalmente el recorrido de la red fuera de Temuco, es paralelo a la ruta 5 y a la ruta S-11-R, camino de conexión internacional con Argentina y que comunica las ciudades intermedias de Lautaro y Curacautín y una serie de pequeños poblados . Central San Gregorio Curacautín Lautaro Subcentral 1 Temuco Tramo 1 . Central San Gregorio – Subcentral 1 Tramo 2 .Temuco Largo red principal alimentación 88 Km. Largo ramales alimentación 10 Km. Largo total de la red de alimentación 98 Km. Fig. 48. Esquema Red de Distribución .Sistema de calefacción distrital Se divide la red en dos tramos, diferenciando los diferentes usos que se efectuaran del agua caliente. En el tramo 1, la red tendrá usos agrícolas, industriales, turísticos y forestales y en el tramo 2 será utilizada para calefacción de recintos. Además se supone será necesaria una subcentral que eleve la temperatura del agua antes de ingresar a Temuco, siendo este elemento el que define el paso de un tramo a otro. 96 Fig. 48. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Central San Gregorio N Curacautín Lautaro Temuco Fig. 49. Mapa del Recorrido de la Red 97 Fig. 49. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.2 Tramo 1. Central San Gregorio -Subcentral 1 5.2.1 Población y centralidades El sistema de asentamientos urbanos de la región ,esta marcado por una sobresaliente centralidad conformada por la conurbación Temuco – Padre Las Casas, generando con ello desequilibrios territoriales, es por esto que el Plan de desarrollo regional plantea dentro de sus líneas de acción potenciar y reforzar centros urbanos de carácter intermedio, traspasando servicios hacia ciudades intermedias que estén en condiciones de asumir un crecimiento de la población porque disponen de capacidades de infraestructura y transporte público libres o ampliables sin mayores inversiones y presentan potenciales para desarrollar una mezcla equilibrada de funciones urbanas, especialmente de las funciones residencial y laboral. *54 De este modo, entre los poblados ubicados en el trayecto de la red, destaca: Curacautín, como ciudad intermedia de conexión internacional. N Lautaro , como ciudad Intermedia en corredor central. Pillanlelbún, como asentamiento dormitorio. Asentamientos Políticos Administrativos Asentamientos Dormitorios Relación de complementariedad Ciudades Intermedias en corredor central Aglomeración Ciudades Intermedias con conexión interregional Centros Intermedios y básicos Ciudades Complementarias Ciudades Intermedias con conexión internacional Poblados menores Enclaves fronterizos interregionales Proceso de desconcentración de funciones urbanas Enclave fronterizo internacional Proceso de concentración de funciones urbanas Anillo descentralización 1 Áreas de influencia Anillo descentralización 2 Fig. 50. Proceso de desconcentración y concentración de funciones . Fig. 51. Situación de los poblados intermedios , con respecto a la región. 98 *54, Fig. 50 y 51. Gobierno Regional de la Araucania. Plan Regional de Desarrollo. www.laaraucania.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO El sistema de distribución de agua caliente, en este tramo tiene como fin justamente ayudar a la consolidación de pequeños poblados, aumentando las posibilidades laborales y con ello los recursos económicos. N Fig. 52. Poblados Intermedios en el recorrido de la red. 99 Fig. 52 Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.2.2 Actividades de sustento económico Los pueblos afectados por el proyecto, se ubican en el área denominada “Central de Alta Intervención y aptitud Agropecuaria” y específicamente en la plataforma de uso agrícola de esta. Se trata de un sector especialmente competitivo en los rubros de Turismo, Hortofrutícola, Ganadero, Forestal, Madera, Mueble y Agroindustria. Además en la región se han comenzado a realizar actividades innovadoras y de fuerte potencial como: Floricultura, productos en base a miel, hierbas medicinales, artesanía étnica, producción de semillas y turismo de intereses especiales. N N Fig. 53. Unidades Diagnósticas Regionales Fig. 54. Actividades primarias y secundarias 100 Fig. 53. Gobierno Regional dela Araucania. Plan Regional de Desarrollo. www.laaraucania.cl Fig. 54 www.educarchile.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO En la figura 55, se puede apreciar la geometría agrícola de los predios y en la figura 56 las praderas ubicadas al borde de la carretera S-11-R . Fig. 55. Fig. 56. 101 Fig. 55. google earth Fig. 56. www.panoramio.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.2.3 Recorrido de la Red Este tramo de la red ,pretende servir principalmente a los sectores industrial, agrícola , forestal y turístico ;mediante el uso directo del calor en sistemas de calefacción o enfriamiento de ambientes ,sistemas de secado de diferentes materias , agua caliente para piscinas u otros fines , etc.… Aumentando el numero de actividades posibles a desarrollar en el área y favoreciendo a aquellas ya establecidas , permitiendo entonces la creación de nuevas fuentes laborales . En cuanto a los usos exactos de la red en este tramo, es necesario un estudio mas especifico, que permita identificar con mayor exactitud las actividades que actualmente se realizan y que localidades se podrían beneficiar del proyecto en investigación. Sin embargo, para que el proyecto cumpla con los objetivos propuestos, es decir favorecer el desarrollo económico del sector, es necesario que la red se extienda en forma transversal en algunos casos para permitir las conexión con pequeños poblados . Red Principal Alimentación Ramales Subcentral Pequeños Poblados ubicados en el trayecto de la red Entre 1050 y 2800 msnm Central San Gregorio Área aplicación proyecto 29.373 Viv. (2002) 3.633 Viv. (2002) 5.400 Viv. (2002) Tres Esquinas Curacautín San Antonio Pillanlelbún Sta. Isabel Sta. María Temuco San Pablo 400 msnm 110 msnm Sta. Ema Lautaro Capricho Sta. Ana ≥ 100 ºC ≥ 100 ºC 160 ºC Antaro 10 Km. 16 Km. 5 Km. 6 Km. 1,5 5,5 7 Km. 13 Km. 16 Km. 4 Km. 3 Km. 4 Km. 5 Km. Fig. 57. Esquema poblados en el trayecto de la red. 102 Fig. 57. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Se plantea entonces una red de tipo árbol, con solo una ruta de conducción a cada punto de demanda. A continuación la Fig. 58 presenta el esquema de la red de alimentación de agua caliente en este tramo, junto con los sectores productivos que se desarrollan en el recorrido de esta y la temperatura promedio del fluido cada ciertos tramos. N Raricura Curacautín Sta. Elena 185˚C Sta. Rosa Sta. Ana Sta. Ema 138˚C Antaro 165˚C Tres Esquinas 160˚C Sta. Marta San Antonio 150˚C Lautaro 145˚C 150˚C 125˚C Los Aromos El Cipres Los Aromos Los Copihues Millachigua Sta. Elisa Sta. Ema Cultivos Anuales Pillanlelbun Frutales 110˚C Praderas Artificiales Pumalal Sta. Isabel Praderas Naturales 108˚C Plantaciones Pino Radiata Capricho 105˚C San Pablo Plantaciones Eucalipto 100˚C Bosques Naturales y Montes no Temuco explotados. Fig. 58. Esquema red de alimentación de agua caliente, Tramo 1. 103 Fig. 58. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Con una idea de las temperatura del fluido, el recorrido de la red y las posibilidad de uso que brinda un sistema de calefacción distrital, es posible determinar nuevas actividades para los diferentes poblados, aprovechando este sistema de calefacción distrital. Estos se detallan en la tabla 32 . Pueblo Temperatura del Fluido Área Actividad Inicial Posibles Actividades Curacautín 185ºC Cultivos Anuales Invernaderos Industria Maderera Secado Madera Industria Papel y Celulosa Aserraderos Raricura 165ºC Praderas Naturales y Artificiales Cría de Animales Sta. Ema Secado de Madera Los Copihues Invernaderos Antaro 160ªC Sta. Elena Tres Esquinas 150ºC Bosques naturales y montes no explotados Turismo: Hotelería, piscinas temperadas. San Antonio Cría de animales Secado Madera Los Aromos 140ºC Praderas Artificiales Cría de Animales Sta. Marta Invernaderos de flores Sta Rosa Invernaderos de frutas y vegetales Sta. Ana Lavado y secado de lana Secado de material orgánico a grandes tasas Lautaro 125ºC Cultivos Anuales Pasteurización Millachigua Conservas Secado de material orgánico Refrigeración de material orgánico. Hotelería Piscina Temperada EL Cipres 120ºC Plantaciones Pino Radiata y Eucalipto. Aserraderos Trabajo en mobiliario y cuero Sta. Elisa 110ºC Sta. Ema Pumalal Pillanlelbun Sta. Isabel 100ºC Cultivos Anuales y Frutales Invernaderos Capricho Cultivo Hongos San Pablo Piscinas Temperadas Tabla 32 104 Tabla 32. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3 Tramo 2. Subcentral 1 – Temuco. 5.3.1 Características de la Viviendas en Temuco. Estado General y conexión a servicios básicos Por medio de estas imágenes, podemos concluir que los sectores con mayores problemas en sus viviendas son aquellos ubicados en la periferia de la ciudad y aledaños al cauce del río Cautín. En esas áreas se concentran gran parte de las viviendas en condiciones precarias y desprovistas de servicios básicos como agua potable y alcantarillado N Fig. 59. Porcentaje viviendas en situación precaria Fig. 60.Porcentaje viviendas sin conexión al servicio de agua potable. Fig. 61. Porcentaje viviendas conexión al servicio de Alcantarillado 105 Fig. 59, 60 y 61 . Observatorio urbano MINVU. www.observatoriourbano.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Según la relación efectuada en la figura 62 y por lo visto en las figuras 59,60 y 61, podemos concluir que los macro sectores de Pedro de valdivia, El Carmen, Costanera y además el sector de Padre las Casas, se conforman en su mayoría de viviendas precarias o deficientes en la conexión a servicios básicos. De forma que la instalación de un sistema de calefacción distrital podría restringirse a una etapa posterior, en conjunto con la regularización de estas instalaciones. En términos generales la periferia de la ciudad y los sectores aledaños al río Cautín, presentan viviendas en peores condiciones y mayor déficit en conexión a servicios básicos . Para la instalación del sistema de calefacción distrital, se determino un área de la ciudad que presenta viviendas en general en buen estado y donde la mayoría cuenta con conexión a los servicios básicos. Esta área se encuentra destacada en la figura 62 y 63. N N Área instalación calefacción distrital Fig. 62. Relación Macro y Micro sectores con viviendas precarias y sin conexión a servicios básicos. Fig. 63. vivienda en condición precaria, en área de aplicación del proyecto de calefacción. 106 Fig. 62 y 63. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Área de aplicación Población (habitantes) Aprox. 117.000 Hab. Viviendas (unidades) 29.373 viv. Superficie (Kilómetros cuadrados) 9,76 km² Tabla 33.. N N Fig. 64. Área de Temuco, de aplicación del proyecto. Fig. 65.Área de Temuco, de aplicación del proyecto. 107 Tabla 33, Fig. 64 y 65. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO N Maestranza 1914 Pueblo Cataluña Ingles 955 Av. Alemania 1976 3775 Centro 4268 Pablo Neruda Dreves 4472 478 Las Quitas Juan Pablo II 2537 Javiera Carrera 3295 3168 Total : 29.373 Viviendas. Fig. 66. Viviendas en área de instalación del futuro sistema. 108 Fig. 66. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3.2. Características de las viviendas por macro sector, en área de aplicación del proyecto. Temuco Poniente. Este macrosector se caracteriza por diversidad en sus edificaciones, existiendo aquellas de tipo residencial de baja altura, departamentos y edificios en altura, (casas 83.86% y departamentos y edificios en altura un 13.24%). Conexión a servicios básicos de la vivienda (según CENSO 2002) : 99.85% conectadas al servicio de alcantarillado. 99.88% conectadas a la red de suministro eléctrico. 99.19% conectadas a la red pública de agua potable. Este macrosector es el mejor equipado en cuanto a servicios básicos de vivienda en Temuco. Nuevo Amanecer. Uso plenamente residencial, con varios conjuntos de viviendas sociales en los extremos y en el centro del barrio vivienda de autoconstrucción. Por último, aledaño al extremo poniente se aprecia un uso de suelo Industrial con la presencia de lotes extensos. Predominan las casas construidas a baja altura principalmente de un piso.. Conexión a servicios básicos de la vivienda (según CENSO 2002) : 98.36 % conectadas al servicio de alcantarillado. 97.88% conectadas a la red de suministro eléctrico. 99.14% conectadas a la red agua potable. N Fig. 67. Macro sectores oficiales área aplicación 109 Fig. 67. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Centro Área con mayor edificación en altura de la ciudad, siendo el tipo de vivienda predominante las casas y los departamentos( 88.13% del total de las viviendas). Conexión a servicios básicos de la vivienda (según CENSO 2002) : 98.75% conectadas al servicio de alcantarillado. 97.59% conectadas a la red pública de electricidad. 98.29% conectadas a la red de agua potable. Pueblo Nuevo El sector se caracteriza por diversidad en sus edificaciones, existiendo aquellas de tipo industrial, talleres , esparcimiento, turismo y vivienda, representando esta ultima clasificación, un 92.68%. Conexión a servicios básicos de la vivienda (según CENSO 2002) : 98.99% conectadas al servicio de alcantarillado 98.16% conectadas a la red pública de suministro eléctrico 1.44% no cuentan con ningún tipo de suministro eléctrico. 97.39% conectadas a la red pública de agua potable 2.61% se abastece de pozo, vertiente o río. 110
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3.3. Características de la Viviendas por micro sector, en área de aplicación del proyecto. Micro sectores de Temuco Poniente •Avenida Alemania: Sector principalmente residencial, conformado por edificios de mediana altura (promedio 10 pisos) y viviendas de 1 y 2 pisos. Viviendas en general en buen estado, que se caracterizan por muros exteriores de albañilería de ladrillo en el primer nivel (principalmente ladrillo ) y en el segundo nivel albañilería de ladrillo o tabiqueria de madera, en la mayoría de las viviendas techumbre de tejas (cemento, arcilla o asfáltica). Ejemplos ,Fig. 68. •Cataluña: Sector Residencial , viviendas un poco mas pequeñas que las de Av. Alemania, pero con iguales condiciones de materialidad. Ejemplos, Fig. 69. •Pablo Neruda :Sector Residencial , mayoritariamente viviendas de condiciones similares a las de sector Cataluña. Ejemplos, Fig. 70. •Pueblo Ingles: Sector Residencial , viviendas de mayor superficie, en general condominios relativamente nuevos. Ejemplos, Fig. 71. Fig. 68 Fig. 69 Fig. 70 Fig. 71 111 Fig. 68 a 71. www.skyscrapercity.com www.panoramio.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Micro Sectores de Nuevo Amanecer •Javiera Carrera y Juan Pablo II: Ambos sectores presentan viviendas de similares características , primer nivel con muros de albañilería de ladrillo, segundo piso con envolvente de madera y techumbre de planchas de zinc. Ejemplos, Fig. 72 y 73. •Las Quitas: Sector de viviendas mas económicas ,generalmente de un solo nivel ,mas pequeñas , con muros de madera y techumbre de zinc. Ejemplos, Fig. 74. Fig. 72 Fig.73 Fig. 74 112 Fig. 72 a 74. www.skyscrapercity.com www.panoramio.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO •Centro: Se concentran en este sector la mayor cantidad de edificaciones en altura (con edificios de promedio 10 pisos) y edificación de uso comercial y de servicios , que en general contemplan espacios de mayores dimensiones por la cantidad de personas que transita por ellos, además sector fundacional contiene gran parte de los edificios de valor patrimonial de la ciudad .Ejemplos, Fig. 75 y 76. Micro Sectores de Pueblo Nuevo •Maestranza y Pueblo Nuevo :Sectores de viviendas mas económicas ,generalmente de un solo nivel ,mas pequeñas , con muros de madera y techumbre de zinc. Ejemplos, Fig. 77. Fig. 75. Fig. 76. Fig. 77. 113 Fig. 68 a 70. www.skyscrapercity.com www.panoramio.com
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3.4. Vivienda Tipo, en área de aplicación. Podemos concluir que en el sector establecido , se encuentran 3 tipologías de vivienda. Ilustradas en la figura 78. 1) Superficie aprox. 80 m². Dos pisos. Muros exteriores primer nivel, albañilería de ladrillo Muros exteriores segundo nivel, tabiqueria de madera Techumbre , planchas onduladas de fibrocemento (tipo pizarreño) o planchas ondulas zincalum Fig. 78. Tipos de vivienda area aplicación. 2) Superficie aprox. 50 m². Un piso Muros Exteriores Madera Techumbre , plancha zincalum 3) Superficie aprox. 90 m². Departamento. Muros exteriores , Hormigón armado y albañilería de ladrillo Techumbre , losa hormigón armado Sin embargo , para el caso de esta investigación ,se considerara como vivienda mas común del área de aplicación, una vivienda de condiciones de materialidad ,similares a la Vivienda numero 1 . Con una superficie de 90 m2, que considera 3 dormitorios , 2 baños, cocina y estar-comedor. 1 2 3 114 Fig. 78. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Las tablas 34 y 35, nos permiten confirmar las condiciones establecidas para la vivienda tipo, pues indican que las viviendas de materiales sólidos, como albañilería u hormigos, en la mayoría de los casos tienen 5 habitaciones ( sin incluir baños). Esto podría corresponder a los recintos determinados para la vivienda tipo : Estar–comedor, cocina y tres dormitorios, además de los baños que no se incluyen en esta tabla. Paredes Exteriores Total de Piezas (incluye cocina, no incluye baños) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 o más Ignorado Total Hormigón armado, piedra 21 266 594 1,271 2,431 1,504 1,059 572 272 338 16 8,344 Ladrillo 25 297 752 2,128 4,801 2,817 1,581 721 331 284 5 13,742 Paneles estructurados, bloque (prefabricado) 15 197 382 650 406 120 48 21 9 9 1 1,858 Madera o tabique forrado 684 4,188 5,471 9,595 8,606 4,130 2,003 903 416 406 313 36,715 Internit 22 212 463 746 532 176 51 19 5 4 1 2,231 Adobe, barro empajado 6 18 22 10 4 - 2 - - - - 62 Desechos (lata, cartones, plástico, etc.) 24 56 35 19 10 2 4 1 1 1 8 161 Total 797 5,234 7,719 14,419 16,790 8,749 4,748 2,237 1,034 1,042 344 63,113 Tabla 34. Relación materialidad envolvente y total de piezas. Temuco Cubierta del Techo Total de Piezas (incluye cocina, no incluye baños) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 o más Ignorado Total Tejas (arcilla, metálica, cemento) 1 29 50 111 264 266 395 192 120 137 - 1,565 Tejuela (madera, asfáltica) 3 23 35 97 283 382 452 253 139 162 1 1,830 Losa de hormigón 1 21 47 88 155 84 17 7 - 3 - 423 Zinc 619 3,896 5,243 9,775 10,573 5,621 2,859 1,330 593 589 312 41,410 Pizarreño 40 446 1,436 3,350 4,800 2,132 894 377 143 97 6 13,721 Fibra de vidrio/Femocolor - 1 2 5 4 8 8 1 3 - - 32 Fonolita 55 286 166 110 25 8 2 2 - 1 1 656 Desechos (lata, cartones, plástico, etc.) 23 55 35 19 9 2 4 1 1 1 8 158 Total 742 4,757 7,014 13,555 16,113 8,503 4,631 2,163 999 990 328 59,795 Tabla 35. Relación materialidad cubierta y total de piezas. Temuco 115 Tabla 34 y 35. Censo Población y Vivienda 2002. www.ine.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3.5. Requerimiento Térmico en vivienda tipo y area Aplicación. Caso 1 . Sin considerar la reglamentación térmica. A partir del consumo de leña actual en Temuco, es posible estimar la potencia térmica requerida por un sector. Suponiendo que el 100% de las viviendas utilizan leña como combustible para su calefacción. Sin embargo esta potencia, corresponde a las condiciones actuales de la calefacción en Temuco, es decir con el uso de leña con altos niveles de humedad, en aparatos de baja eficiencia y viviendas que en muchos casos no cuentan con buenas condiciones de aislamiento térmico . Considerando : Numero de viviendas en área de aplicación : 29.373 viviendas. 1 m3 de leña equivale a 577 KG Poder Calorífico de la Leña 40% humedad : 2.379 Kcal/ kg. 1 MW = 1.000.000 W. 1Kcal = 4186,8 Joule Numero Viviendas Consumo medio de metros cúbicos de Consumo Leña anual en area de Kg. leña consumidos leña por vivienda en un año aplicación del proyecto anualmente área saturada Área Aplicación Calefacción distrital 29.373 9,7 284.918 m3 año 164.397.743,7 Tabla 36. Tabla 37. Tabla 38. Poder calorífico de la leña Total de Kg. Leña consumidos por año X 2.379 Kcal./Kg. 164.397.743,7 Kg / año 391.102.232.262,3 Kcal. /año 391.102.232.262,3 Kcal. / 8760 hr. 44.646.373,54 Kcal. /Hr. 44.646.373,54 Kcal. /3600 seg 12.401,77 Kcal/seg 51.923.730,64 Joule/seg 51.923.730,64 Watt Potencia Térmica Total requerida por el área de aplicación 51,9 MW 116 Tabla 36. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN y CONAMA . Priorización de Medidas de Reducción de Emisiones por Uso Residencial de Leña para la Gestión de la Calidad del Aire en Temuco y Padre Las Casas. www.sinia.cl Tablas 37 y 38. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Considerando una vivienda tipo con una superficie de 90m² y que consume en promedio 9,7 m³ de leña por año, con una humedad aprox. de 40% y mediante sistemas de calefacción que funcionan desde Marzo a fines de Septiembre y prácticamente durante las 24 hrs. del dia. 9,7 m³ de leña por año 5.596 Kg. de leña por año 13.312.884 Kcal. por año en una vivienda tipo. 172 KWh /m² año. Demanda de calefacción por vivienda tipo en área de aplicación. (Considerando que 1 Kwh : 860 Kcal . Cada vivienda ocupa en el periodo de un año, 147.920,9 Kcal para calefacción un metro cuadrado de su superficie). Caso 2 , Considerando la reglamentación térmica. En este caso se toma como referencia, el estudio “Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en vivienda tipo, con soluciones de envolvente estructuradas en Pino Radiata de Arauco Distribucion S.A.” elaborado por la consultora Bustamante y Encinas, Asesorías en Sustentabilidad Ltda. y solicitado por Arauco Distribución S.A. En este estudio, se simula por medio del software TAS el comportamiento térmico de una vivienda con diversos tipos de envolvente, con el fin de comparar la eficiencia de sistemas como albañilería de ladrillo y sistemas en base a estructura de madera propuestos por Arauco .Todos los casos cumplen con la reglamentación térmica y se ubican en diferentes ciudades del país, entre ellas Temuco. Fig. 79. Vista general de la vivienda 117 Fig. 79. BUSTAMANTE Y ENCINAS. ASESORÍAS EN SUSTENTABILIDAD LTDA. Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en una vivienda tipo con soluciones de envolvente estructuradas en MSD y AraucoPly de Arauco. www.arauco.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO La envolvente de la vivienda •Muros Exteriores: Albañilería de ladrillo de 290x175x94mm 2. Transmitancia térmica 1,6W/m2ºC. Muros divisorios del interior, estructurados en madera (MSD Cepillado de 2x3) con yeso carón de 10mm por ambos lados. •Cielo: Aislante térmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 120mm, sobre listoneado de cielo 2x2, el cual será revestido de plancha de yeso cartón de 10mm de Pueblo Nuevo espesor. Transmitancia térmica 0,32W/m2ºC. 2535 •Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia térmica 5,80W/m2ºC. En este caso todos los elementos de la envolvente responden a las exigencias establecidas por la reglamentación térmica descrita en la Pág. 111. 89,1 m², superficie total de la vivienda Recinto Superficie (m²) Recinto Superficie (m²) Living- Comedor 22,9 Baño 4,4 Cocina 5,9 Dormitorio 9,8 Hall 6,9 Dormitorio 7,1 Closet 0,9 Closet 0,7 Baña 3,8 Closet 0,7 Dormitorio 11,8 Hall 6,6 Caja Escalera 3,8 Caja Escalera 3,8 Total 56 Total 33,1 Fig. 80. Planta primer y segundo piso. Tabla 39. Cuadro Superficies , Primer Piso Tabla 40. Cuadro Superficies , Segundo Piso 118 Fig. 80 y Tablas 39 y 40. BUSTAMANTE Y ENCINAS. ASESORÍAS EN SUSTENTABILIDAD LTDA. Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en una vivienda tipo con soluciones de envolvente estructuradas en MSD y AraucoPly de Arauco. www.arauco.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Condiciones de operación de las viviendas Para realizar las simulaciones a través del software TAS se supuso la presencia de 4 personas en la vivienda y un total de ganancias internas de aproximadamente 120 Wh/m2día. Estas ganancias se distribuyen a lo largo de las 24 horas de cada día. La temperatura de confort para todos los recintos se fijó en los siguientes valores: 23:00hrs a 07:00hrs 17ºC 07:00hrs a 23:00hrs 20ºC La renovación de aire se considera de 1.0 (1/h). Es decir, cada hora se renueva completamente el aire de la vivienda con aire exterior para mantener un ambiente limpio de contaminantes y/o con exceso de humedad. Además la demanda de calefacción anual, se considera por un periodo de 7 meses. La demanda de energía de calefacción para la vivienda tipo, determinada por el software TAS, es: 147 kWh /m²año (Considerando que 1 Kwh : 860 Kcal . Cada vivienda ocupa en el periodo de un año, 126.420 Kcal para calefacción un metro cuadrado de su superficie). Calculo potencia térmica requerida y demanda de calefacción ,en el área de aplicación 147 kWh / m² año x 90 m² 13.230 kWh /año , es la demanda anual por vivienda 36,25 kWh / dia , es la demanda diaria por vivienda 1,51 kW , es la potencia térmica requerida por vivienda 44 MW , es la Potencia Térmica Total requerida por el área de aplicación 119
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Reglamentación Térmica Actual. *55 Una vivienda ubicada en la zona 5 de la actual reglamentación térmica, puede optar a las siguientes alternativas para demostrar que cumple con las exigencias de esta: 1.Mediante cálculo, el que deberá ser realizado de acuerdo a lo señalado en la norma NCh 853, demostrando el cumplimiento de la transmitancia* o resistencia térmica del complejo de techumbre, muro y piso ventilado (valores indicados en la tabla 1). Dicho cálculo deberá ser efectuado por un profesional competente. 2.Mediante la incorporación de un material aislante etiquetado con el R100 correspondiente. (según indica la tabla 2) 3.Mediante un Certificado de Ensaye otorgado por un Laboratorio de Control Técnico de Calidad de la Construcción, demostrando el cumplimiento de la transmitancia o resistencia térmica total de la solución del complejo de techumbre, muro y piso ventilado. 4.Especificar una solución constructiva para el complejo de techumbre, muro y piso ventilado que corresponda a alguna de las soluciones inscritas en el Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico, confeccionado por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Exigencias para ventanas Porcentaje máximo de superficie de ventanas respecto a paramentos verticales de la envolvente. Se podrá aumentar la superficie vidriada sobre los valores de la Tabla 3, compensando el aumento de superficie vidriada con el mejoramiento de la transmitancia térmica de la solución de muros. El U ponderado deberá tener un valor igual o menor al señalado para la zona en la que se ubique el proyecto de arquitectura de acuerdo a la Tabla 4 siguiente. Ventanas % Maximo de superficie vidriada respecto a paramentos verticales de la envolvente Zona Techumbre Muros Zona Vidrio DVH U RT U RT Monolitico Doble vidriado hermético (c) W/m²K m²K/W W/m²K m²K/W (b) 3,6 W/m²K U> U ≤ 2,4 W/m²K 5 0,33 3,03 1,6 0,63 2,4 W/m²K (a) Tabla 41. 5 18% 51% 70% Tabla 42. Zona Techumbre Muros R100 (*) R100 (*) Zona U Ponderado W/m²K (*) Según la norma NCh 2251: R100 = valor termica (m²K/W) x 100. 5 282 50 5 2,36 Tabla 43. Tabla 44. 120 *55, Tabla 41 a 44 . MANUAL DE APLICACION REGLAMENTACION TERMICA . www.mart.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Con los valores de potencia térmica y demanda de calefacción, podemos apreciar que el calor requerido por cada vivienda tras aplicar las condiciones establecidas por la reglamentación térmica, es considerablemente inferior a la cantidad de calor requerido por una vivienda en su condición actual. Viviendas en condición actual Viviendas con aplicación de la reglamentación térmica Potencia térmica requerida por vivienda 1,76 KW 1,5 KW Potencia térmica sector aplicación del proyecto 51,9 MW 44 MW Demanda de Calefacción por vivienda 147.920,9 Kcal/m² año 126.420 Kcal/m² año Tabla 45. Como vemos, en el caso de la potencia existiría un ahorro de casi 8 MW y en el caso de la demanda, el ahorro es de aproximadamente 21.500,9 Kcal/m² año. Esta diferencia de requerimientos térmicos, se hace aun mas importante cuando comparamos la demanda térmica actual de las viviendas en Temuco, determinada por el “Programa de Inversión Pública para Fomentar el Reacondicionamiento Térmico del Parque Construido de Viviendas”,detallado en el punto 5.7 de este capitulo, con la demanda térmica determinada por el estudio “Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en vivienda tipo, con soluciones de envolvente estructuradas en Pino Radiata de Arauco Distribucion S.A.”, que si considera la aplicación de la reglamentación térmica actual. Programa de Inversión Pública para Fomentar el “Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en Reacondicionamiento Térmico del Parque Construido de vivienda tipo, con soluciones de envolvente estructuradas en Pino Radiata Viviendas de Arauco Distribucion S.A.” Vivienda topología T8 A+M, en condición actual, en la Viviendas con aplicación de la reglamentación térmica ciudad de Temuco. Demanda de Calefacción por vivienda 214.961,31 Kcal/m² año 126.420 Kcal/m² año Tabla 46. Incluso, como veremos en el capitulo 5.7, la tipología T8 A+M, es una vivienda de 74,3 m². De modo que en el caso de la vivienda tipo considerada por este seminario, la demanda seria aun mayor. Estas cifras confirman la necesidad, de no solo cambiar el sistema de calefacción actual en la ciudad de Temuco, sino de que son necesarias reformas en las viviendas que permitan hacer un uso eficiente de los recursos, pues es el ahorro que eso conlleva es altísimo. 121 Tabla 45 y 46 . Elaboración Propia .
  • 3 Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.3.6 Esquema Red Principal de alimentación Se aplico para el caso de Temuco, una red principal de alimentación correspondiente al tipo malla, debido a que esta tipología responde mejor a ampliaciones y/o fallas en tramos específicos, siendo el modelo mas aplicado en áreas urbanas en crecimiento. La red principal, distribuye el fluido a tanques ubicados en varios sectores de la ciudad. Cada tanque distribuye agua caliente a un sector determinado, de modo que el suministro del servicio es segmentado, atendiendo a la ciudad por sectores o distritos, que coinciden en gran parte con los microsectores anteriormente descritos. Red Principal Ramales Total Alimentación 70,5 Km. 100 Km. 170,5 Km. Retorno 70,5 Km. 100 Km 170,5 Km. Tabla 47. N N Fig. 81. Esquema red principal de alimentación y microsectores (distritos) Fig. 82. Esquema red principal de alimentación 122 Tabla 47, Fig. 81 y 82. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.4 Factibilidad de la red La red de distribución del sistema de calefacción distrital, se compone de dos tipos de cañerías según su diámetro e importancia dentro del sistema: Red Principal 90 cm. de diámetro, conduce el agua caliente desde la central a la ciudad Ramales 15 cm. de diámetro, conducen el agua caliente desde la cañería principal a cada vivienda. Largo total de la red de (alimentación y retorno), incluyendo ambos tramos : 556 Km. Distancias Referenciales: Entre Central San Gregorio y Curacautín:10 Km Entre Curacautín y Lautaro : 55 km. Entre Lautaro y Temuco: 33 Km. Red Principal Entre Lautaro y Subcentral 1 : 23 Km. Ramales Entre sub-central 1 y Temuco : 10 km. Entre central San Gregorio y Temuco :98 km. Subcentral Central San Gregorio Curacautín Lautaro Temuco Tramo 1 . Tramo 2 . Central San Gregorio – Subcentral 1 Temuco Largo red principal alimentación 88 Km. 80,5 Km. Largo ramales alimentación 10 Km. 100 Km. Largo total de la red de alimentación 98 Km. 180,5 Km. Fig. 83. Esquema Red de Distribución .Sistema de calefacción distrital 123 Fig. 83. Elaboración propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Mediante el Software StaTech, facilitado por la empresa de tuberías preaisladas Logstor, se calcula la temperatura del fluido tras cada tramo. Considerando una tubería enterrada a 0,8 m. , con un caudal similar a la central geotérmica Neustad – Glewe, la cual presenta el menor caudal entre los casos de referencia, 72.000 L/h. Las dimensiones de la tubería serán las máximas permitidas por el software, es decir : -Para fluidos con temperaturas sobre los 140ºC ,se permiten solo tuberías de acero de diámetro máximo 300 Mm., espesor 7,1 Mm. y aislación 630 Mm -Para fluidos con temperatura inferiores o iguales a 140ºC ,se pueden utilizar tuberías de cobre de diámetro máximo 900 mm. , espesor 2,5 mm y aislación 160 mm. Tramo 1 . Central San Gregorio – Subcentral 1 : Largo total :98 Km. Temperatura Inicial 200 ºC. Suponemos una temperatura 80ºC inferior a la del fluido recién extraído, pues tras pasar por la turbina de generación eléctrica el vapor indudablemente perderá calor. Temperatura Final: Según el programa StaTech, la temperatura final del tramo 1 serian 97,9ºC. La Fig. 84, en la pagina siguiente ,muestra los datos entregados por el software utilizado para este calculo. 124
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Fig. 84. 125 Fig. 84. Programa Statech , ofrecido por la empresa logstor
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Tramo 2. Temuco Temperatura Inicial: 97 ºC La red principal y los ramales de alimentación se componen de tuberías de diferentes diámetros, lo que implica diferentes perdidas de temperatura en el fluido, por ese motivo se realizara el calculo de la temperatura final de este tramo de las siguientes formas: 1) Perdida de calor de red principal y de ramales de alimentación por separado, es decir la perdida de calor en la cañería principal y la red de ramales de alimentación . 2) Perdida de calor solo en ramales, tras suponer la instalación de una subestación, que permitiría una temperatura minima de 100ºC en la red principal de alimentación. 3) Perdida de calor en el recorrido completo de la red , es decir considerando que la distancia a recorrer por el fluido será la extensión de la red principal y los ramales de alimentación. Considerando un diámetro promedio de 500 mm. 126
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 1) Fig. 85 127 Fig. 85. Programa Statech , ofrecido por la empresa logstor
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Para este caso la temperatura final seria 73 ºC . Fig. 8.6 128 Fig. 86. Programa Statech , ofrecido por la empresa logstor
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 2) Para este caso la temperatura final seria 90 ºC . Fig. 87. 129 Fig. 87. Programa Statech , ofrecido por la empresa logstor
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 3) Para este caso la temperatura final seria 72 ºC . Fig. 88. Los cálculos por lo tanto evidencian la necesidad de una subcentral que eleve la temperatura inicial del fluido en este tramo, para conseguir que el fluido recibido en cada vivienda tenga una temperatura entre 80 y 90ºC (requeridas para el funcionamiento del sistema de calefacción central) 130 Fig. 88. Programa Statech , ofrecido por la empresa logstor
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.5. Subcentral Aprovechando la alta disponibilidad de leña y residuos madereros en la región, es muy recomendable que la subcentral requerida por el proyecto de calefacción distrital, funcione en base a este tipo de combustible. Como podemos ver en la tabla 48, estudios realizados por la Universidad de Concepción establecen una cantidad de 1.182.000 m³ sólidos sin corteza por año, de subproductos forestales y madereros en la región de la Araucanía *56. Sin embargo, para un análisis mas aproximado al caso de estudio se considerara el valor entregado por INFOR, en la tabla 49,sobre la cantidad de residuos aprovechables energéticamente en la comuna de Temuco, es decir 108.061 m³ ssc año. *57 Para estimar entonces la potencia térmica que podría entregar una central de este tipo, con una disponibilidad de 108.061 m³ ssc año, veremos el caso de cuatro centrales Alemanas y una Austriaca (Tabla 50), todas diseñadas por la empresa de ingeniería Seeger, presente en Chile desde el año 2008 y con mas de 30 años de experiencia en el área. Desglose de residuos para aserraderos Comuna de Temuco permanentes (m3 ssc) metros cúbicos solidos sin corteza Total lampazo (m3ssc) 23.953 Lampazo Viruta Aserrín aserradero (m3 ssc) 41.924 Aserrín elaboración (m3 ssc) 4.679 Fuente m³ ssc/año. Despunte (m3 ssc) 11.626 Subproductos industria 180.000 forestal-industrial Viruta (m3ssc) 9.933 Aserrin Astillas Astillas (m3 scc) 35.635 Subproductos forestales 705.000 Bosque nativo 297.000 Corteza (m3) 15.945 Total 1.182.000 Total 143.694 Despunte Residuos aprovechables energeticamente (rae) 108.061 Tabla 48. Subproductos forestales y madereros Corteza en la región de la Araucanía.2008 Tabla 49. Desglose de residuos para aserraderos permanentes, para la comuna de Temuco 131 *56 y Tabla 48. ALEX BERG GEBERT. Unidad de Desarrollo tecnológico, Universidad de Concepcion. Bioenergía, ¿una alternativa económica y ambientalmente sustentable?. [en linea] Sitio web Corparaucanía. www.corparaucania.cl *57y Tabla 49. PRIEN Universidad de Chile y Núcleo Milenio de Electrónica Industrial y Mecatrónica, Centro de Innovación en Energía de la Universidad Técnica Federico Santa María. Aporte Potencial de Energías Renovables No Convencionales y Eficiencia Energética a la Matriz Eléctrica, 2 0 0 8 - 2 0 2 5. www.prien.uchile.cl/documentos/UEEE-SIC/ENERGIA_web.pdf
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Las centrales utilizadas como referencia , en la tabla 50, producen en promedio 370 W / ton. , de ese modo se estima que una central de este tipo ubicada en Temuco (contando con 108.061 m³ ssc año de residuos madereros), tendría una potencia térmica de 40 MW aprox. En Chile, existen dos empresas dedicadas a la generación de energía en base a biomasa. Arauco Generación S.A.P Perteneciente al Grupo Angelini (Celulosa Arauco y Constitución S.A.), contempla las centrales Valdivia, Horcones, Licantén y Cholguán, que utilizan en su gran mayoría los desechos forestales para la generación eléctrica y las plantas Arauco y Celco, que operan en base al vapor producido en las calderas a partir de la fabricación de celulosa. En total, las centrales de Arauco Generación aportaron al SIC en el año 2004 alrededor de 361,87 GWh, lo que representó un 1,7% de la generación total del SIC. *58 Energia Verde Es filial de AES Gener S.A., la mayor empresa termoeléctrica de Chile y de The AES Corp., importante empresa electrica a nivel mundial. Cuenta con tres centrales de generación eléctrica con biomasa como combustible, central Laja, Constitucion y Mostazal . *59 Kufstein, Austria Pfalzgrafenweiler,Alemania Neustrelitz, Alemania Dresden,Alemania Traunreut, Alemania Combustible Corteza, aserrín, astillas, Astillas Biomasa , no hay detalle Astillas Madera Usada residuos agrícolas, etc.. mas especifico. Consumo de combustible (Toneladas por año) 86.000 10.000 85.000 57.000 37.000 Potencia Térmica (Mega Watt) 18 MW 4 MW 29,3 MW 27 MW 17,6 MW Potencia Eléctrica (Mega Watt) 6,5 MW 0,6 MW 7,5 MW 7,1 MW 4 MW Uso del Calor Calefacción Distrital Uso Industrial Calefacción Distrital Calefacción Distrital ------------------- Tabla 50. Datos básicos de algunas centrales de cogeneración alimentadas por biomasa. *60 132 *58. Revista en linea Electricidad Interamericana. www.editec.cl/electricidad/Elec80/articulos/sic.htm *59. Sitio web empresa Energia Verde.. www.energiaverde.cl Tabla 50. HERWIG ANDREAS RAGOSSNIG. SEEGER ENGINEERING AG Especialistas en dar soluciones en Bioenergía. www.cec-camchal.cl/Repositorio-de-Archivos/Seminarios/Ver-categoria.html
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.6 Posibles usos del sistema en meses calidos Según las temperaturas máximas en la ciudad de Temuco , el sistema de calefacción distrital podría disminuir o definitivamente cancelar su funcionamiento como suministro de calor para calefacción de viviendas en el Tramo 2, durante 5 meses del año ( Octubre a Febrero). Sin embargo existen algunas alternativas para suplir la caída en la demanda del calor durante estos meses, expuestas en la tabla 49 Estas alternativas implican en el Tramo 1, continuar durante los meses calidos con los procesos que requieren un calor controlado y constante, como el secado de madera, secado y lavado de lana y acuicultura . Surgiendo además otras actividades como, refrigeración de material orgánico como carne o vegetales y en el área hotelera, acondicionamiento de ambientes. En el Tramo 2, el calor usado en época fría para calefacción, es usado en época calida para agua caliente sanitaria y acondicionamiento de ambientes, mediante sistemas de aire condicionado que funcionan en base a mecanismos de absorción . En cuanto a la refrigeración o generación de aire acondicionado, mediante agua caliente, es una opción factible utilizando de equipos de absorción. En este caso, el sistema de absorción necesario consigue el enfriamiento mediante la energía térmica proveniente del fluido geotérmico. La instalación se compone de una serie de tubos de diversos diámetros, dispuestos en un circuito cerrado, los cuales están llenos de una solución conformada por una mezcla de amoniaco y agua. Cuando esta solución es calentada por una fuente externa, como el fluido geotérmico, se consigue que el amoniaco se desprenda en forma de gas caliente. Posteriormente este gas entra a un condensador , donde se convierte en amoniaco líquido por causa del agua que circula por un serpentín colocado en su interior y que cuida de evacuar el calor desprendido en la condensación. El amoniaco liquido fluye luego por una válvula ubicada dentro del evaporador, donde absorbe calor del aire circundante, lo cual produce nuevamente su evaporación. A continuación, este amoniaco en estado gaseoso entra en contacto con el agua, en la cual se disuelve. Esta fuerte solución de amoníaco retorna, impulsada por la bomba, al punto donde se calienta y comienza otra vez el ciclo. Todo este proceso es ilustrado en la figura 81. 133
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Se produce cesión de calor al medio Entrada agua o aire. refrigerante Salida Condensador Liquido Vapor Válvula Evaporador Vapor Mezcla de amoniaco y agua. Entrada del producto que debe enfriarse Salida Se produce absorción de calor del producto que debe enfriarse Fluido Caliente-Calefacción Distrital Fig. 89. Esquema sistema de refrigeración por absorción. Rural .Tramo 1 Urbano .Tramo 2 Invierno •Secado de Madera Calor para calefacción de ambientes. •Secado de Material orgánico, hierbas, vegetales , etc.. •Acuicultura •Calefacción de invernaderos, para cultivo de flores y vegetales. •Cría de animales •Turismo: Piscinas de agua caliente y Hotelería, calefacción de ambiente Verano Secado y lavado de Lana Calor para agua sanitaria caliente. Secado de Madera Aire acondicionado Acuicultura (mediante proceso de enfriadores por absorción) Turismo Hotelería, acondicionamiento de ambientes Tabla 51. Usos de sistema de calefacción distrital 134 Tabla 51 y Figura 89. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO 5.7. Etapas y Formas de Aplicación del proyecto. Para que un proyecto de tal magnitud funcione en forma adecuada, se requiere de un proceso de aplicación conformado al menos por tres etapas, un proceso de nivelación donde algunos usuarios deberán adaptar sus viviendas para cumplir con los requerimientos básicos del sistema, un proceso de implementación del sistema y posteriormente serán necesarias reformas en las viviendas para hacer un uso eficiente de los recursos energéticos. Para concretar estos procesos, será necesaria la fuerte participación de un organismo encargado de promover, informar, gestionar y actuar como intermediario entre los entes privados relacionados con el proyecto y los usuarios. El gobierno de Chile, que ha declarado su intención de promover el desarrollo energético eficiente en el país, ligado a un suministro seguro, sustentable ambientalmente y con equidad de acceso, debiese tomar la responsabilidad del asunto mediante instrumentos u organizaciones ya establecidas como el Programa País Eficiencia Energética, la CONAMA y el MINVU. A continuación vemos en detalle los procesos de aplicación del proyecto: Nivelación A pesar de que el sistema seria aplicado inicialmente en un área donde las viviendas presentan cierta homogeneidad, tal vez habrá casos de viviendas con condiciones totalmente fuera de la norma, como por ejemplo viviendas de autoconstrucción o campamentos, y como la idea es terminar en el mayor porcentaje posible con el consumo de leña , deberá existir un subsidio de primera urgencia para esta situación. A pesar de que fue definida una vivienda tipo, con envolvente sólida en el primer nivel y condiciones medias-bajas de aislamiento térmico. Existe un amplio numero de viviendas económicas correspondientes a la tipología 2 (según las clasificación de viviendas tipo, realizada en este trabajo) con pésimas condiciones de aislamiento térmico y control de perdida de calor. Estas viviendas poseen las condiciones para postular al subsidio de acondicionamiento térmico, que tiene por objetivo que las viviendas construidas antes del año 2007 y cuyo valor no supere las 650 UF, alcancen la norma térmica actual, mejorando el confort en su interior y disminuyendo el gasto en calefacción. Sin embargo, existe poca información sobre el numero de subsidios entregados, solo sabemos que durante el año 2008 el programa Protección del Patrimonio Familiar otorgo 2199 subsidios en Temuco dentro del Titulo II, de mejoramiento de la vivienda. 135
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO En la Fig. 90 se indican las viviendas en condiciones precarias y en consecuencia, las viviendas que requieren mayores intervenciones para alcanzar el nivel promedio del área; es decir, que se asemejen a alguna de las tipologias definidas en el área de aplicación. Fig.90.Viviendas en situación precaria en area de aplicación del proyecto de calefacción. 136 Fig. 90. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Implementación del sistema. La empresa a cargo de la red de distribución, deberá encargarse de los aspectos técnicos de la conexión del sistema en cada vivienda y del los aspectos económicos de modo que la instalación y el sistema de calefacción central, no impliquen un pago inmediato para los consumidores. Un método para financiar esta instalación, es el otorgamiento de créditos blandos por parte de la empresa a los consumidores. Los créditos blandos son los créditos que se conceden a largo plazo y con bajas tasas de interés para promover una inversión. Uso eficiente de los recursos energéticos, en el sector vivienda. Debe existir un plan de mejoramiento de las condiciones de aislación térmica en las viviendas, que funcione en forma permanente y sea abierto no solo a viviendas de valor inferior a 650 UF, si no evaluar cada caso y entregar el subsidio a aquellos que realmente estén haciendo un uso ineficiente de la energía por esta causa. En este sentido, el Ministerio de Vivienda y Urbanismo, junto con el Ministerio de Economía, han considerado necesario invertir fondos públicos para mejorar la calidad térmica y la habitabilidad del parque de viviendas existentes en el país. Esta tarea está a cargo de la DITEC, División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional, la que llamó a una licitación para un estudio pertinente. El estudio realizado por Ambiente Consultores y El Programa de Investigaciones en Energía (PRIEN), se dividió en dos etapas. La primera etapa es el estudio “Pre inversional para el Reacondicionamiento Térmico del Parque de Viviendas Existentes” y la segunda es la etapa “Modelos de gestión: Estrategia y métodos para la canalización de recursos”. El objetivo general del proyecto en estudio, es de promover e incentivar a través de inversión pública y privada la reducción del consumo energético del parque de viviendas existentes, por conceptos de calefacción, mejorando las condiciones de habitabilidad y confort de los usuarios. A continuación un resumen de ambas etapas del estudio. 137
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO RESUMEN ETAPA 1: PREINVERSIONAL PARA EL REACONDICIONAMIENTO TÉRMICO DE VIVIENDAS EXISTENTES. *60 Antecedentes, Supuestos y Criterios Aplicados: •Las viviendas analizadas en este estudio, cumplirán las exigencias de la reglamentación térmica vigente. •Para el cálculo de consumos de energía de las viviendas estudiadas, se utiliza el método de Grados Hora de Frío, el cual considera la diferencia entre las temperaturas exteriores medias horarias y la temperatura media horaria interior. Con este método se consideraron 7 zonas térmicas para la modelación de los casos, representadas por el clima de 7 ciudades: Calama, Valparaíso, Santiago, Concepción, Temuco, Puerto Montt y Punta Arenas. No se considera la zona litoral Norte. •Según el Censo 2002, en Chile existen alrededor de 4.000.000 de viviendas construidas. A partir del año 2000, año en que entra en vigencia la primera etapa de la Reglamentación Térmica, se estima que el número de viviendas construidas asciende a aproximadamente 400.000, de lo que se infiere que el stock de viviendas susceptibles de reacondicionar térmicamente en Chile equivale a 3.600.000 unidades. •Las tipologías de viviendas consideradas, corresponden a las 10 más frecuentes y representan el 66% de los permisos de construcción otorgados en el país durante el periodo 1994-1998. La vivienda Tipo de este estudio, que mas se asemeja a la determinada en el área de aplicación del proyecto de calefacción distrital geotérmica, corresponde a la topología T8 A+M (Albañileria y madera) de 74,3 m2. •Luego de haber definido las zonas térmicas y tipologías de viviendas a modelar, se definieron 56 combinaciones o casos base para representar el universo de viviendas existentes. •Se establecen 5 escenarios de intervención, que definen el tipo y grado de intervención a realizar en las viviendas, con la consiguiente mejora de su calidad térmica. Estos escenarios de intervención, son aplicados a los 56 casos base, generando 280 casos intervenidos que arrojaron resultados de consumos energéticos e inversión requerida para lograr dichas soluciones. 138 *60. AMBIENTE CONSULTORES Y EL PROGRAMA DE INVESTIGACIONES EN ENERGÍA (PRIEN). Programa de Inversión Pública para Fomentar el Reacondicionamiento Térmico del Parque Construido de Viviendas. Estudio Preinversional para el Reacondicionamiento Térmico del Parque de Viviendas Existentes. Sitio web Programa País de Eficiencia Energetica. www.ppee.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Resultados de la modelación térmica Como primera modelación se sometieron los 56 casos base (56 casos resultados de la combinación de las tipologías y zonas térmicas) para establecer el comportamiento de sus elementos de envolvente, las perdidas que producen y como influyen en el consumo energético. Esto determino que a nivel nacional la demanda energética promedio por vivienda es de 208 kWh/m2 año y en el caso especifico de Temuco para la tipología T8 A+M es de aprox. 250 kWh/m2 año . Luego, a estos 56 casos base se aplicaron diversos escenarios de intervención, determinando que en Temuco, los escenarios que tienen mejor relación ahorro-inversión son los escenarios que buscan cumplir con la Reglamentación Térmica vigente y disminuir el nivel de infiltraciones en las viviendas a 1 ren/hr u homologar la envolvente de las viviendas, igualando la transmitancia térmica de los muros a la transmitancia térmica del complejo techumbre exigida por la reglamentación térmica, además se mejora la calidad térmica de las ventanas (doble vidrio hermético con marco de aluminio). RESUMEN ETAPA 2: MODELOS DE GESTIÓN. ESTRATEGIA Y MÉTODOS DE CANALIZACIÓN DE RECURSOS. *61 En esta segunda etapa se propone un Plan de inversión con cobertura en todo el país y para todo tipo de viviendas. Se consideran diferentes grados de subsidio en todas las viviendas, excepto en la Zona Térmica 1, que corresponde al litoral del Norte Grande. El Plan de Reacondicionamiento propuesto contiene 3 Programas de incentivo, con sendos mecanismos de subsidio, además de cumplir el rol indirecto de facilitar el mejoramiento del parque por iniciativa privada, sin subsidio. A su vez, se plantean 3 alternativas de implementación del Plan, con diferentes montos y plazos de inversión pública. Como primer ejercicio se definió un modelo de gestión genérico donde se establecen los actores, roles y estrategias de implementación. Este modelo es el denominado de “Tres pisos”, en que la “Política de Inversión” es definida por una entidad pública y la “Implementación” de dichas políticas es ejecutada por entidades privadas: AGENCIAS INTERMEDIARIAS. Dichas agencias tienen por función asegurar que, tanto proveedores de soluciones como los propios beneficiarios, cumplan los requisitos necesarios para la mejor asignación de recursos y certificar técnicamente cada uno de los procedimientos, es decir verificar desde la calidad de los proveedores, la elegibilidad de los beneficiarios y la conformidad de las obras. Además, las agencias agregan transparencia al mercado, informando los beneficios de invertir en EE con soluciones certificadas. 139 *61. AMBIENTE CONSULTORES Y EL PROGRAMA DE INVESTIGACIONES EN ENERGÍA (PRIEN). Programa de Inversión Pública para Fomentar el Reacondicionamiento Térmico del Parque Construido de Viviendas. Modelos de gestión: Estrategia y métodos para la canalización de recursos. Sitio web Programa Pais de Eficiencia Energetica. www.ppee.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO En este modelo de 3 pisos , la función de cada piso es la siguiente: 3er Piso: Unidad de Control y Planificación, entidad pública central dependiente del MINVU, a cargo de la supervisión de los programas 2do Piso: Agencias Operadoras, entidades privadas regionales, a cargo de la intermediación de los programas 1er Piso: Contratistas especializados, a cargo de la ejecución del reacondicionamiento térmico de viviendas y los beneficiarios. Estos se distribuyen en 3 programas: Energético, Ambiental y Social; con sus respectivas metas, distribución geográfica, beneficiarios, subsidios y métodos de adjudicación y certificación Fig. 91. Diagrama flujos financiamiento Fig. 92. Diagrama flujos Certificación 140 Fig. 91 y 92. AMBIENTE CONSULTORES Y EL PROGRAMA DE INVESTIGACIONES EN ENERGÍA (PRIEN). Programa de Inversión Pública para Fomentar el Reacondicionamiento Térmico del Parque Construido de Viviendas. Modelos de gestión: Estrategia y métodos para la canalización de recursos. Sitio web Programa Pais de Eficiencia Energetica. www.ppee.cl
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Estrategias de implementación Para garantizar el éxito del programa de reacondicionamiento fue necesario establecer instrumentos que permitan controlar y garantizar el adecuado cumplimiento de las tareas y funciones de cada uno de los entes involucrados en el programa. Estos instrumentos son: •Mecanismo publicitarios de gran impacto y cobertura nacional , como también publicidad local y mas personalizada especialmente al comienzo de los programas. •Instrumento que otorgue puntuación a cada uno de los requisitos de los postulantes, para evaluar la elegibilidad de los beneficiarios. •Apoyo a la selección de diversas alternativas de financiamiento. •Apoyo al desarrollo de nuevas soluciones constructivas y nuevos materiales aplicables al reacondicionamiento térmico. •Capacitación en tecnologías de eficiencia energética. •Capacitación empresarial de apoyo a los contratistas, especialmente en el area legal y bancaria . •Control estricto de la cadena de suministros con el objeto de evitar el uso de materiales sub-estandar o en cantidades insuficientes. •Protocolos a seguir por los contratistas que garanticen las correcta ejecución de las soluciones constructivas. •Software especializado en gestión para verificar el estado de avance, la detección de incumplimientos y mecanismos de resolución de problemas . •Estándares mínimos verificables por las agencias certificadoras. •Inspección técnica de las viviendas reacondicionadas. •Proceso de certificación. Programas Propuestos Con el fin de obtener un plan ampliado y extensivo a todos los segmentos de la sociedad, se han definidos tres mecanismos de acceso a financiamiento para la ejecución de las obras de reacondicionamiento térmico de viviendas. Estos mecanismos, en el diseño del plan, reciben el nombre de “programas” los cuales identifican una priorización de adjudicación de los grupos de beneficiarios de acuerdo a características individuales que permiten su diferenciación. Los programas son los siguientes: •Programa I de prioridad “Energética”: Orientado a viviendas de mayor tamaño, de altos consumos, en zonas térmicas frías (Calama, Santiago, Concepción Temuco, Puerto Montt, Punta Arenas). Según los fundamentos de este criterio, es el beneficiario quien decide el grado de intervención óptimo que maximice su beneficio económico – energético. El financiamiento del programa esta orientado al sector privado (banca) el cual ofrecería créditos blandos y de un monto mínimo del orden de 300 UF. 141
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura CAPITULO 5. CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO •Programa II de prioridad “Ambiental”: Orientado a viviendas emplazadas en zonas altamente contaminadas, con altos índices de material particulado y de otros contaminantes perjudiciales para la salud. El programa está orientado a mejorar térmicamente las viviendas de todos los sectores socioeconómicos e implica un recambio tecnológico de los sistemas de calefacción existentes para minimizar la emisión de contaminantes atmosféricos. El financiamiento del reacondicionamiento térmico según este programa comprende un bono equivalente al 50% del costo, o bien 44 UF aproximadamente. El 50% de financiamiento restante debe ser adquirido por los mecanismos que el beneficiario estime conveniente. •Programa III de prioridad “Social”: Orientado a viviendas con baja capacidad de compra de energía para calefacción, pequeña superficie construida y/o mal estado, escasas condiciones de habitabilidad u otras razones de intervención (ampliación, mejoramiento).Este programa pretende un alto grado de beneficio social garantizando condiciones térmicas mínimas para una gran cantidad de viviendas sociales. Este programa podría ser complementario a los programas de subsidios existentes en el país cuyo financiamiento es otorgado por el estado a través de organismos como el SERVIU. Además se pretende utilizar todos los instrumentos desarrollados para la gestión de estos programas, especialmente la ficha socio-económica. •Respuesta del Mercado: El reacondicionamiento térmico de viviendas, según la respuesta del mercado, está considerando las viviendas emplazadas en todo el país que no se subordinan a ningún programa de gestión señalado anteriormente. Este mecanismo de reacondicionamiento se desarrolla como consecuencia inherente al surgimiento de este nuevo mercado de reacondicionamiento térmico de viviendas y como consecuencia de las estructuras de negocios generadas. Además, de la importancia de las campañas educativas que elevarán el nivel de conciencia de los ciudadanos en torno al tema. La aplicación de un plan de reacondicionamiento que alcance una intervención de 720.000 viviendas (20% de las viviendas construidas antes del año 2000), en un plazo entre 12 y 18 años, generaría los siguientes impactos energéticos: ahorro entre 54 y 68% del consumo en las viviendas reacondicionadas, ahorro de 10.4% de energía en el total del sector residencial, ahorro de 9% en el sector comercial, público y residencial y ahorro de 2.5% en el consumo nacional de energía. Además de beneficios como la reducción de aproximadamente 58.000 Toneladas de CO2 anuales (proveniente en gran parte de la calefacción a leña) lo que significa evitar costos por aprox. 300.000 UF anuales y la generación de hasta 4.600 empleos directos y la creación de alrededor de 400 pequeñas empresas. 142
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 6. CONCLUSION 6. CONCLUSIÓN 143
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 6. CONCLUSION En términos generales, podríamos decir que es sumamente beneficioso para Chile el desarrollo de proyectos en base a energéticos de origen renovable no convencional y en el caso especifico de la energía geotérmica. Vemos beneficios adicionales, ya que es un recurso limpio y con producción constante e independiente de factores climáticos, además ayudaría a disminuir la dependencia y el uso de combustibles fósiles importados, aportaría mejores condiciones ambientales y de salud publica, disminuyendo problemas respiratorios y cardiacos en las zonas afectadas por altos índices de contaminación atmosférica. Sin embargo a pesar de que en Chile, se estima un potencial técnicamente factible al año 2015 de 1500 MW, aun no existe desarrollo comercial de esta energía. En cuanto al proyecto de calefacción distrital para la ciudad de Temuco, al ser comparado con casos internacionales, vemos que presenta varios desafíos. En primer lugar, la distancia recorrida por la red principal entre la central y la ciudad, es casi 90 Km., superando por mucho las distancias vistas en casos extranjeros, donde la central suministradora de calor se encuentra junto a la ciudad o a máximo 60 Km. de ella. Estas distancias, implicarían una mayor inversión y una mayor preocupación sobre el transporte del fluido, procurando perder la menor cantidad de calor posible. En relación a la perdida de calor por temas de transporte del fluido al interior de la red, la investigación demostró mediante el software StaTech, que para el Tramo 1, la temperatura final del fluido era la esperada; es decir, permitía el desarrollo de nuevas actividades y llegaba al tramo siguiente con una temperatura sobre 90ºC. Sin embargo para el Tramo 2, se requiere una subcentral que permita elevar en algunos grados la temperatura del fluido, para asegurar el funcionamiento del sistema, que requiere mantener en toda la red una temperatura del fluido entre 80 y 90ºC. En segundo lugar, Temuco tiene como desafío, en comparación a los casos extranjeros, su condición climática. Puesto que Temuco, presenta una estación calida muy definida, por la cual durante 5 meses aproximadamente no se requiere calefacción, a diferencia de casos como Islandia o Alemania, donde el uso es mas continuo. En este sentido, a pesar de que existen alternativas de usos para la época calida, en el caso residencial la instalación de sistemas de calefacción y refrigeración , implicaría una mayor inversión económica, que debe ser considerada por la empresa a cargo. 144
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 6. CONCLUSION Sin embargo, los beneficios de un proyecto de este nivel, son enormes. En Temuco como vimos, el 68,5% de las viviendas utilizan leña para su calefacción, de modo que con la incorporación de este sistema se lograria una disminución anual de 195.168 m3 de leña, lo que corresponde al 40,53 % del consumo anual de leña en Temuco y se trata de la leña que se dejaría de utilizar en el área de aplicación del proyecto. Nº viviendas % Hogares que usan Consumo Medio Consumo anual de leña leña en Temuco (m3 / hogar año) m3/ año Temuco 72.476 68,5% 9,7 481.566,8 Área aplicación calefacción distrital 29.373 68,5% 9,7 195.168,9 Tabla 52.Consumo anual de leña en Temuco y área de aplicación . Además en el área rural entre Temuco y la central, contribuiría al desarrollo de economías locales y a la creación de empleos, al permitir la creación de nuevas actividades y potenciar las ya existentes. Esto concuerda con el plan de desarrollo regional, que dentro de sus líneas de acción plantea potenciar y reforzar centros urbanos de carácter intermedio, traspasando hacia ellos , servicios que hoy se encuentran concentrados en Temuco. De este modo a mi parecer, podrían crearse centros laborales, especializados en actividades propias de cada sector. Como en el caso de Curacautín, donde podría crearse un centro especializado en el tratamiento de recursos madereros, que incluya desde aserraderos, plantas de secado de madera y plantas procesadoras de residuos madereros, como fabricas de pellet, a fabricas de muebles y oficinas de empresas forestales. En el caso de Lautaro, podría ser un centro industrial, sirviendo a productores ganaderos ubicados en las praderas camino a Curacautín o a productores agrícolas, ubicados en el camino a Temuco. Otorgando servicios para ellos y planteando nuevas empresas de procesamiento de los recursos, como secado de frutas y vegetales, fabricación de conservas, frigoríficos, pasterización, etc…Además por su ubicación en pleno corredor central y ser la ciudad intermedia mas cercana a Curacautín, poblado con conexión internacional, Lautaro podría adquirir el rol de ciudad dormitorio o parada de servicios antes del centro maderero. Todas estas actividades además de crear nuevos puestos laborales, generarían productos con un valor agregado al ser obtenidos mediante procesos ambientalmente responsables. 145 Tabla 52. Elaboración Propia
  • Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO Escuela de Arquitectura CAPITULO 6. CONCLUSION Finalmente a mi parecer y considerando que: La investigación no profundiza en aspectos económicos y solo estima algunos beneficios, como modo de sopesar la alta inversión que requiere el proyecto. Sin embargo en otro estudio, sobre factibilidad económica del proyecto de calefacción distrital geotérmica para Temuco, podrían transformarse estos beneficios en cifras concretas. El estudio de factibilidad técnica real, para un proyecto de este tipo requiere de cálculos complejos e información mucho mas especifica, sobre las características del fluido, la potencia y capacidad de la central; datos que para el caso de San Gregorio son imposibles de obtener, pues aun se encuentra en proceso de exploración. La hipótesis, en cuestión para esta investigación, seria técnicamente factible, mediante el apoyo de subcentrales alimentadas por biomasa y una adecuada gestión en la forma de implementar el proyecto. Sin embargo para que el proyecto sea completamente exitoso y eficiente energéticamente es trascendental, un plan integral de reformas para conservar el calor al interior de las viviendas, pues las demandas de calefacción de las viviendas en su condición actual son excesivas y el motivo principal es, una deficiente aislación térmica en la envolvente de las edificaciones. 146
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