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2012 02-mendez-santander

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Análisis económico sobre la sustentabilidad en viviendas tipológicas de la zona norte, centro y sur de Chile

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  1. 1. UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN ANÁLISIS ECONÓMICO SOBRE LA SUSTENTABILIDAD EN VIVIENDAS TIPOLÓGICAS DE LA ZONA NORTE, CENTRO Y SUR DE CHILE PROFESOR GUÍA: JAIME ARRIAGADA ARAYA PROFESORES INFORMANTES: EDUARDO SEPÚLVEDA GARCÍA-HUIDOBRO ENRIQUE WITTWER SCHOLTBACH DIEGO ALEJANDRO MÉNDEZ BAHAMONDES SEBASTIÁN DAVID SANTANDER BECERRA MARZO 2014 SANTIAGO – CHILE
  2. 2. II Agradecimientos
  3. 3. III Dedicatoria Diego Méndez
  4. 4. IV Dedicatoria Sebastián Santander
  5. 5. V Resumen El siguiente trabajo de investigación pretende informar al lector sobre alternativas de eficiencia presentes en el mercado nacional con el fin de ahorrar en el consumo de las principales fuentes energéticas como la Electricidad, el Gas Licuado de Petróleo y el Agua Potable en viviendas típicas de Chile. Para ello se llevó a cabo un análisis económico mediante Flujos de Caja, Cotizaciones e Indicadores de Rentabilidad, que determinaron que tan factible es la compra e instalación de Paneles Fotovoltaicos, Termos Solares y Artefactos Sanitarios Eficientes y en qué periodo se podría recuperar la inversión En este documento podrá encontrar una Propuesta Metodológica que busca definir una Vivienda Tipológica Sustentable en la Zona Norte, Centro y Sur de Chile basada en información presente en el Marco Teórico. Bajo las variables consideradas se logra concluir que 8 de las 9 alternativas de eficiencia propuestas para las ciudades de Antofagasta, Santiago y Puerto Montt son rentables, siendo la excepción los Paneles Fotovoltaicos en la ciudad de Santiago.
  6. 6. VI Abstract The following research work aims to inform the reader about alternatives of efficient on the market, in order to save on the consumption of major energy sources such as electricity, Liquefied Petroleum Gas and Drinking Water in typical homes of Chile. It was carried out an economic analysis by Cash Flow, Profitability Ratios and Rates, which determined how feasible the purchase is and installation of Photovoltaic Panels, Thermo Solar and efficient plumbing fixtures and in what period could recover the investment. In this document you will find a Methodological Proposal to define a Sustainable Housing in the North, Central and South of Chile based on information present in the theoretical framework. Under the considered variables is achieved conclude that 8 of the 9 efficiency alternatives proposals for the cities of Antofagasta, Santiago and Puerto Montt are profitable, with the exception of photovoltaic panels in the city of Santiago.
  7. 7. VII Índice CAPÍTULO I....................................................................................................................1 1.1 INTRODUCCIÓN....................................................................................................1 1.2 OBJETIVO GENERAL............................................................................................2 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................2 1.4 MOTIVACIÓN.........................................................................................................3 1.5 HIPÓTESIS DE TRABAJO.....................................................................................4 CAPÍTULO II ..................................................................................................................5 2.1 MARCO TEÓRICO .................................................................................................5 2.1.1 Sustentabilidad. ..................................................................................................5 2.1.2 Viviendas de bajo consumo energético ..............................................................6 2.1.3 Clasificación de las viviendas en Chile............................................................10 2.1.4 Fuentes energéticas en Chile ............................................................................13 2.1.5 Uso y consumo del Agua Potable en Chile ......................................................21 2.1.6 Colectores Solares ............................................................................................24 2.1.7 Celdas Fotovoltaicas.........................................................................................36 2.1.8 Iluminación Eficiente .......................................................................................41 2.1.9 Artefactos Sanitarios y Griferías Eficientes. ....................................................44
  8. 8. VIII 2.1.10 Instituto Nacional de Estadísticas (INE) ........................................................47 2.1.11 Evaluación de Proyectos.................................................................................48 CAPÍTULO III...............................................................................................................52 3.1 METODOLOGÍA PARA LOGRAR UNA VIVIENDA EFICIENTE ..................52 CAPÍTULO IV ...............................................................................................................56 4.1 DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN .........................................................56 4.1.1 Tipología de Vivienda......................................................................................56 4.1.1.1 Emplazamiento...........................................................................................57 4.1.1.2 Tipo de Vivienda........................................................................................58 4.1.2 Análisis del consumo energético en las viviendas ...........................................72 4.1.2.1 Uso y Consumo de Electricidad.................................................................72 4.1.2.2 Uso y Consumo del Gas Licuado de Petróleo............................................78 4.1.2.3 Uso y Consumo del Agua Potable. ............................................................81 4.1.3 Evaluación de costos de inversión....................................................................84 4.1.3.1 Artefactos Sanitarios y Griferías Eficientes...............................................85 4.1.3.2 Iluminación Eficiente.................................................................................90 4.1.3.3 Panel Fotovoltaico......................................................................................93 4.1.3.4 Termo Solar................................................................................................98 CAPITULO V...............................................................................................................111
  9. 9. IX 5.1 ANÁLISIS ECONÓMICO...................................................................................111 5.1.1 Beneficios.......................................................................................................111 5.1.2 Inversión.........................................................................................................117 5.1.4 Vida Útil.........................................................................................................118 5.1.5 Flujos de Caja.................................................................................................119 5.1.5.1 Panel Fotovoltaico en Antofagasta ..........................................................119 5.1.5.2 Panel Fotovoltaico en Santiago................................................................121 5.1.5.3 Panel Fotovoltaico en Puerto Montt.........................................................123 5.1.5.4 Termo Solar en Antofagasta.....................................................................125 5.1.5.5 Termo Solar en Santiago..........................................................................126 5.1.5.6 Termo Solar en Puerto Montt...................................................................128 5.1.5.7 Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes en Antofagasta....................129 5.1.5.8 Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes en Santiago. ........................131 5.1.5.9 Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes en Puerto Montt. .................132 5.1.6 Análisis de Resultados y Conclusiones..........................................................135 Bibliografía. ..................................................................................................................140 Anexos ...........................................................................................................................141
  10. 10. X Índice de Figuras. Figura N° 1“MapaMundial de Radiación Solar”………………………………………16 Figura N°2 “Mapa de Chile y sus Intensidades de radiación”…………………..……..17 Figura N°3“Foto de un colector solar de placa plana con cubierta”……………..…….28 Figura N°4“Foto de un colector solar tipo CPC estacionario”…………………...…….29 Figura N°5“Foto de un colector de placa plana son cubierta”……………...………….30 Figura N°6“Principio de funcionamiento de tubo de flujo directo”…………...…….....32 Figura N°7“Foto de un colector solar de tubo de vacío de flujo directo”………..…….33 Figura N°8“Principio de funcionamiento del tubo de calor”…………………..………33 Figura N°9“Foto de colector solar de tubo de vacío Heat Pipe”……………….………34 Figura N°10“Colector tipo compacto”……………………………………….………...35 Figura N°11 “Colector tipo Split.”……………………………………………………..36 Figura N°12“Circuito con celdas fotovoltaicas para una vivienda”…………..………..37 Figura N°13 “Ampolletas Fluorescente versus ampolleta incandescente”…….………43 Figura N°14 “Representación de la temperatura según colores”………………………43 Figura N°15 “Dispositivo aireador (A) y válvula limitadora de caudal (B)………………………………………………………………………………….……45
  11. 11. XI Figura N°16 “WC eficiente con doble descarga”………………………………………46 Figura N°17“Ducha Eficiente”……………………………………..…………………..47
  12. 12. XII Índice de Gráficos. Gráfico N° 1“Uso de fuentes de energía para fines domésticos”…………….…..…....19 Gráfico N° 2 “Metros cuadrados construidos de las viviendas”………………..….…..68 Gráfico N° 3 “Tamaño del hogar por ciudad (porcentaje de hogares)”………...……...69 Índice de Ecuaciones Ecuación N° 1: Cálculo del VAN……………………………………………….……..50 Ecuación N° 2: Período de recuperación de la inversión……………….……….…..51
  13. 13. XIII Índice de Tablas. Tabla N° 1: Colores del espectro visible y sus extremos………………..……….14 Tabla N° 2: Radiación Solar Diaria por región………………………..….……...16 Tabla N° 3: Distribución de la muestra residencial por ciudad…………...……..18 Tabla N° 4: Guía para el uso responsable del Agua Potable en Chile……......….23 Tabla N° 5: Litros consumidos, según actividades higiénicas y domésticas…....24 Tabla N° 6: Cantidad de energía eléctrica dedicada en iluminación por sector….41 Tabla N° 7: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Antofagasta…………………….60 Tabla N° 8: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Antofagasta…………………………………………………………………….....61 Tabla N° 9: Tipo de material en la Cubierta, de la ciudad de Antofagasta………61 Tabla N° 10: Tipo de material en los pisos, de la ciudad de Antofagasta…….…62 Tabla N° 11: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Santiago…………………...….62 Tabla N° 12: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Santiago…………………………………………………………………………...63 Tabla N° 13: Tipo de material de la Cubierta, de la ciudad de Santiago……..…64 Tabla N° 14: Tipo de material del piso, en la ciudad de Santiago………….....…64 Tabla N° 15: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Puerto Montt……………...…...65
  14. 14. XIV Tabla N° 16: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Puerto Montt…………….…………………………………………………………..……66 Tabla N° 17: Tipo de material en la Cubierta, en la ciudad de Puerto Montt…....66 Tabla N° 18: Tipo de material del piso, en la ciudad de Puerto Montt…....…...67 Tabla N° 19: Número de dormitorios de uso exclusivo……………………...…..69 Tabla N° 20: Número de Baños por vivienda…………………………...…...…..70 Tabla N° 21: Cantidad de personas por vivienda según número de piezas…..….70 Tabla N° 22: Cuadro resumen de la Vivienda Tipológica………………......…...71 Tabla N° 23: Costo de construcción de cada vivienda según categoría……...…..72 Tabla N°24: Caracterización del Consumo de Iluminación………………...……74 Tabla N°25: Frecuencia de uso de Iluminación en Verano…………………..….75 Tabla N°26: Frecuencia de uso de Iluminación en Otoño……………..………...75 Tabla N°27: Frecuencia de uso de Iluminación en Invierno………………......…75 Tabla N°28: Frecuencia de uso de Iluminación en Primavera…………………...76 Tabla N°29: Cuadro Resumen del uso de la Iluminación durante el año………..76 Tabla N°30: Características y consumo de iluminación en las viviendas……..…77 Tabla N°31: Consumo de iluminación anual de las viviendas en estudio…….....77
  15. 15. XV Tabla N°32: Muestreo de frecuencias de cilindros y duración respectiva…..…79 Tabla N°33: Valor promedio del cilindro de 15 kg de las ciudades en estudio…………………………………………………………..………………...80 Tabla N°34: Costos de cilindro de 15 kg asociados a su duración de invierno………………………….………………………………………………..80 Tabla N°35: Costos de cilindro de 15 kg asociados a su duración de verano….81 Tabla N°36: Consumo de GLP anual de las viviendas en estudio…………...…..81 Tabla N°37: Consumo de Agua Potable en viviendas de 4 personas………..…..83 Tabla N°38: Consumo de Agua Potable anual en viviendas de 4 personas…...…84 Tabla N°39: Accesorios para el uso eficiente del agua potable……………...…..86 Tabla N°40: Aireadores para uso eficiente del agua potable……………...……..87 Tabla N°41: Mango de Ducha para uso eficiente del agua potable……....……...87 Tabla N°42: Estanque de WC para uso eficiente del agua potable………...…….89 Tabla N°43: Ampolletas de ahorro de luz color cálido…………………...…...…91 Tabla N°44: Ampolletas de ahorro de luz color día………………………...…....92 Tabla N°45: Ampolletas de ahorro de luz color frío………………………….….92 Tabla N°46: Ampolletas de ahorro seleccionadas…………………….…...….…93 Tabla N°47: Dimensionamiento para panel fotovoltaico…………………...……94
  16. 16. XVI Tabla N°48: Resumen de características de los sistemas fotovoltaicos………..95 Tabla N°49: Cotizaciones de panel fotovoltaico de empresas chilenas………..96 Tabla N°50: Parámetros característicos de los distintos colectores solares……98 Tabla N°51: Cotización y características de Termos Solares según modelo…....99 Tabla N°52: Cotización y características de Termos Solares según modelo…..99 Tabla N°53: Cotización y características de Termos Solares según modelo.......100 Tabla N°54: Clasificación de aguas en Chile según el grado de dureza……...102 Tabla N°55: Concentraciones de dureza en el agua potable en Chile………...103 Tabla N°56: Factor de corrección para vida útil en Termos Solares………….104 Tabla N°57: Vida útil en Termos Solares según ciudad……………………..…104 Tabla N°58: Temperatura mínima anual según estación meteorológica……...106 Tabla N°59: Cuadro resumen de características del Termo Solar por ciudad….108 Tabla N°60: Alternativas de Proveedores para la ciudad de Antofagasta……..108 Tabla N°61: Alternativas de Proveedores para la ciudad de Santiago……….…109 Tabla N°62: Alternativas de Proveedores para la ciudad de Puerto Montt…..110 Tabla N°63: Consumo de Agua Potable en viviendas de 4 personas………..…112 Tabla N°64: Consumo de agua potable en una vivienda sustentable…….…..114
  17. 17. XVII Tabla N°65: Beneficio anual de agua potable al usar tecnologías de eficiencia………………………………………………………………………...115 Tabla N°66: Beneficio anual en iluminación al usar tecnologías de eficiencia…………………………………………………………...…………....115 Tabla N°67: Beneficio anual en GLP al usar tecnologías de eficiencia……...116 Tabla N°68: Costos asociados a la Inversión por cada ciudad………….....…117 Tabla N°69: Vida útil de mecanismos de eficiencia…………………....……..118 Tabla N°70: Datos previos para inversión en Panel Fotovoltaico……...…….119 Tabla N°71: FNC para Panel Fotovoltaico………………………….....………120 Tabla N°72: Cálculo del VAN para Panel Fotovoltaico……………...….…....120 Tabla N°73: Datos previos para inversión en Panel Fotovoltaico………...….121 Tabla N°74: FNC para Panel Fotovoltaico…………………………...…..…....122 Tabla N°75: Cálculo del VAN para Panel Fotovoltaico……………….......….122 Tabla N°76: Datos previos para inversión en Panel Fotovoltaico………..…….123 Tabla N°77: FNC para Panel Fotovoltaico…………………………...…......….123 Tabla N°78: Cálculo del VAN para Panel Fotovoltaico………………......…....124 Tabla N°79: Datos previos para inversión en Termo Solar……………...…...125 Tabla N°80: FNC para Termo Solar……………………………...…...………..125
  18. 18. XVIII Tabla N°81: Cálculo del VAN para Termo Solar……………………...……..126 Tabla N°82: Datos previos para inversión en Termo Solar……...…………......126 Tabla N°83: FNC para Termo Solar……………………...……………...……..127 Tabla N°84: Cálculo del VAN para Termo Solar……………...………...…..…127 Tabla N°85: Datos previos para inversión en Termo Solar………………......128 Tabla N°86: FNC para Termo Solar……………………………...……...……..128 Tabla N°87: Cálculo del VAN para Termo Solar……………………......……..129 Tabla N°88: Datos previos para inversión en Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes………………………………………………………………………...130 Tabla N°89: FNC para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes………...….130 Tabla N°90: Cálculo del VAN para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes…………………………………………………..…………………….130 Tabla N°91: Datos previos para inversión de Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes………………………………………………………………………...131 Tabla N°92: FNC para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes………….131 Tabla N°93: Cálculo del VAN para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes……………………………………………………..……………….…132 Tabla N°94: Datos previos para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficiente…..132
  19. 19. XIX Tabla N°95: FNC para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes….…….….133 Tabla N°96: Cálculo del VAN para Artefactos y Griferías Sanitarias Eficientes…………………………………………………………….…………..133 Tabla N°97: Costos asociados a una Vivienda Tipológica Sustentable…….......134 Tabla N°98: Cuadro resumen de rentabilidad por ciudad…………………........135
  20. 20. XX Índice de Anexos. Anexo N°1: Boletas y costos de suministro de agua potable sanitaria para Antofagasta, Santiago y Puerto Montt.………………………………………………141 Anexo N°2: Boletas y detalle de cuenta de agua potable domiciliaria para ciudad de Antofagasta por empresa Aguas Antofagasta……………………………………….....144 Anexo N°3: Boletas y detalle de cuenta de electricidad domiciliaria para ciudades de Antofagasta, Santiago y Puerto Montt.…………………………………………….….145 Anexo N°4: Consumos de agua potable por habitante en las ciudades de Antofagasta, Santiago y Puerto Montt…………………………………………………….…………146 Anexo N°5: Costos asociados al Gas licuado de petróleo para Antofagasta, Santiago y Puerto Montt………………………………………………………..………………….149 Anexo N°6: Cotizaciones de sistema fotovoltaicos realizadas a empresas de eficiencia energética……………………………………………………………...……………….152 Anexo N°7: Artefactos sanitarios y griferías eficientes para el uso doméstico en la vivienda sustentable……………………………………………………………………155 Anexo N°8 Artefactos de iluminación para uso doméstico en la vivienda…………....159 Anexo N°9: Imagen de Termo Solar seleccionado para la vivienda eficiente………..162
  21. 21. 1 CAPÍTULO I 1.1 INTRODUCCIÓN La industria de la construcción, es uno de los sectores económicos más importantes a nivel mundial, constituyendo al menos un décimo de la economía global. Asimismo, los edificios utilizan al menos el 40% de la energía mundial y es responsable por al menos el 50% de las emisiones de CO2 al ambiente. 1 Es por esto que en las últimas décadas, el ser humano se encuentra en una constante búsqueda de eficacia y eficiencia en la utilización de los recursos energéticos, de donde nace el concepto de sustentabilidad. La Comisión Mundial de Desarrollo y Medio ambiente, define la sustentabilidad como "La satisfacción de las necesidades presentes sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades" La sustentabilidad a nivel mundial se está masificando y cada vez son más los países que la están empleando, sin ser Chile una excepción. Debido a nuestra geografía, los recursos energéticos renovables son limitados y abundantes a la vez dependiendo de la zona del país a la cual nos enfoquemos. Por ejemplo, la Zona Norte de Chile es rica en radiación solar, y escaza en recursos hídricos. Por otro lado, la Zona Sur es abundante en lluvias, ríos y lagos, pero debido al clima y su frecuente nubosidad se hace más difícil la captación de la energía solar. 1 Hernández, H; Meza L. Propuesta de una metodología de certificación de eficiencia energética para viviendas en Chile, Santiago, 2011.
  22. 22. 2 Bajo esta perspectiva, es de vital importancia incluir el concepto de sustentabilidad energética en las viviendas y edificaciones de Chile. Es un hecho que existen tecnologías que lideran en el concepto de sustentabilidad, pero surgen las preguntas ¿A qué costo? ¿Son rentables en todo Chile? Y en el caso de ser rentables ¿En cuánto tiempo se recuperará la inversión? Es por esto, que el presente trabajo de investigación, se enfoca en resolver las inquietudes anteriormente planteadas, desarrollando un análisis económico que pretende evaluar sistemas de sustentabilidad y eficiencia energética en diferentes zonas del país. 1.2 OBJETIVO GENERAL Realizar un análisis económico para determinar la rentabilidad de sistemas de sustentabilidad y eficiencia energética en viviendas tipológicas de las zonas norte, centro y sur de Chile. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Establecer una metodología para definir una vivienda eficiente desde el punto de vista del buen uso de los recursos energéticos en nuestro país. • Definir una tipología de vivienda para la zona norte, centro y sur de Chile. • Analizar y definir los diversos sistemas de sustentabilidad y eficiencia, por fuente energética que puedan incorporarse en una vivienda tipológica de la zona norte, centro y sur de Chile.
  23. 23. 3 • Realizar un análisis económico sobre las tipologías de viviendas y los sistemas de sustentabilidad y eficiencia energética elegidos para cada zona de nuestro país. 1.4 MOTIVACIÓN La motivación está basada en el desconocimiento que existe en la población hoy en día sobre los sistemas de eficiencia energética, tanto en sus costos como en su factibilidad. Siempre se escucha hablar de las fuentes de energías limpias o no convencionales, que debiesen incorporarse en todas las viviendas porque son energías que no contaminan y además son gratis, pero la verdad es que no se ven de manera frecuente. Probablemente, ya existen personas que han investigado y lograron responder sus inquietudes sobre el tema, pero no las han compartido con la sociedad, o por lo menos no se han divulgado correctamente. Es por esto que es necesario que existan más publicaciones que contribuyan a la población sobre materias que están directamente relacionadas con la economía de las familias chilenas, para que sepan que existen maneras de aminorar el impacto en su bolsillo a fin de mes y que además estarán ayudando a disminuir el uso de energías contaminantes para el medio ambiente.
  24. 24. 4 Por otro lado, es de suma importancia que la industria de la construcción se haga responsable también de la contaminación que hoy existe. No olvidemos que esta industria es responsable de un 50% de la liberación de CO2 al planeta. Es por esto que las edificaciones de ahora, deben incluir mayores índices de eficiencia energética y contribuir a la sustentabilidad, no solo de Chile, sino del mundo, ya que no es posible que nuestra comunidad sea tan inconsciente y agote los recursos que la naturaleza nos brinda habiendo maneras de cuidarlas y mantenerlas. 1.5 HIPÓTESIS DE TRABAJO Mediante el uso de tecnologías que aprovechan la energía solar y el uso de artefactos sanitarios eficientes, es posible disminuir el consumo de las principales fuentes energéticas de uso doméstico como la electricidad, el gas licuado de petróleo y el agua potable, generando un ahorro económico considerable en viviendas emplazadas en la ciudad de Antofagasta, Santiago y Puerto Montt.
  25. 25. 5 CAPÍTULO II 2.1 MARCO TEÓRICO Para lograr los objetivos planteados es de vital importancia recopilar información sobre conceptos relacionados a la sustentabilidad y la geografía de Chile, sus recursos energéticos y los mecanismos de captación de ellos, los cuales serán llamados Sistemas Activos y Pasivos. 2.1.1 Sustentabilidad. La Comisión Mundial de Desarrollo y Medio ambiente (World Commission of Environment and Development) define la sustentabilidad como "La satisfacción de las necesidades presentes sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades". Coherentemente, la vivienda sustentable estará centrada en minimizar la cantidad de recursos que consumen actualmente durante su ciclo de vida. Un claro ejemplo de esto es la madera proveniente de un bosque; si se tala excesivamente muy pronto el bosque dejará de existir, por el contrario, si se usa la madera bajo ciertos límites de responsabilidad y conciencia, se podrá usar indefinidamente. Bajo este concepto de sustentabilidad, nacen las interrogantes ¿Qué es y cuáles son los criterios para definir una “Vivienda Sustentable”?
  26. 26. 6 Se llamará Vivienda Sustentable, a aquellas viviendas que han sido construidas y/o diseñadas arquitectónicamente de manera sustentable y que busquen optimizar recursos naturales durante su ciclo de vida, ya sea con mecanismos y/o estrategias de eficiencia energética. Rey y Velasco han definido que los siguientes aspectos deben considerarse durante el ciclo de vida para la construcción y/o reacondicionamiento de una vivienda sustentable: • Uso y consumo de energía. • Uso y consumo de agua. • Uso de suelo con valor ecológico. • Uso y consumo de materiales escasos. • Emisiones atmosféricas y de otro tipo. • Impactos ecológicos y de otro tipo. La presente investigación será enfocada principalmente en estudiar los sistemas activos y pasivos que puedan ayudar a disminuir el consumo de las energías domesticas presentes en una vivienda y el uso responsable del agua potable. 2.1.2 Viviendas de bajo consumo energético Héctor Hernández de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Chile y Leonardo Meza de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile, publicaron un artículo en la revista de la construcción Vol. 10 N°1 de Abril de 2011, llamado “Propuesta de una Metodología de Certificación de Eficiencia Energética
  27. 27. 7 para viviendas en Chile”, donde entre varios temas proponen una metodología para lograr viviendas de bajo consumo energético, la cual se adjuntará con el fin de luego adaptarla y lograr nuestra propuesta metodológica para lograr una vivienda eficiente. Para lograr una vivienda de bajo consumo energético, o eficiente energéticamente, es necesario: • Lograr un diseño arquitectónico inteligente, es decir, una vivienda que adopte estrategias de arquitectura bioclimática como son: orientación y ubicación de ventanas, compacidad, selección de materiales de envolvente, incorporación de energía solar pasiva, entre otras. Dos viviendas iguales, por el mero hecho de estar emplazadas en el espacio de manera diferente, necesariamente una será más eficiente energéticamente que la otra. Estas técnicas permitirán a la vivienda, conforme a las condiciones impuestas por el medio ambiente, disminuir o prescindir de energía para su explotación y uso. Estudios han demostrado que un diseño inteligente que tome algunas precauciones respecto a la iluminación natural puede reducir hasta en un 50% el consumo generado por iluminación. • Aislamiento y estanqueidad que permitan controlar los flujos de energía a través de los elementos envolventes de la vivienda. El aislamiento, por absorción y transmisión, brindarán estabilidad térmica interior y resistencia a la pérdida de energía. La estanqueidad, por otra parte, permitirá el control y regulación de la ventilación y, con ello, disminuir o aumentar las pérdidas de
  28. 28. 8 energía convenientemente. Para ejemplificar esto, estudios han demostrado que durante el invierno los sistemas de ventilación pueden representar entre el 20% y 60% del gasto energético. • La inyección de recursos (energía, capital, esfuerzo humano y materiales), al igual que los resultados contaminantes y no reutilizables (emisiones y desechos), en cada etapa del ciclo de vida de la vivienda deben ser mínimos. Las viviendas que incorporen la menor cantidad de recursos no renovables, además de ser más sustentables, serán más eficientes energéticamente. • Utilización de materiales de construcción recuperable, reutilizables y con baja energía incorporada (Energy Embodied). La reutilización de materiales de construcción necesariamente conllevará a disminuir la energía incorporada a una nueva vivienda. • Incorporación de energías limpias y renovables para la operación de los sistemas de instalaciones en las viviendas. El uso de energía solar para el abastecimiento de ACS a través de colectores solares o para el abastecimiento de energía eléctrico a través de paneles fotovoltaicos son claros ejemplos de ello. Estas energías, limpias y gratuitas, son preferibles ante aquellas energías contaminantes e ineficientes derivadas de los hidrocarburos. • Exigencia de elevados rendimientos para todos los sistemas de instalaciones en la vivienda, ya sean de ACS, HVAC u otros. Los diseños inteligentes buscarán prescindir del uso de energía para generar las condiciones de
  29. 29. 9 confort dentro de las viviendas, sin embargo, el contraste o la severidad climática de algunas localidades o las condiciones de uso de las viviendas hará obligado el uso de los sistemas de instalaciones, de ahí la importancia de los rendimientos de ellos. Estudios han evidenciado que solo los sistemas de ACS y HVAC usan entre el 55% y 70% de la energía que consume la vivienda. En consecuencia, bajos rendimientos de estos sistemas implicarán elevados consumos de energía. • Bajo consumo energético de aparatos y equipos electrónicos (lámparas, refrigeradores, cocinas, entre otros). La energía utilizada por los electrodomésticos y luminarias (principalmente energía eléctrica) varía entre un 30% y un 45% de la energía total consumida en la vivienda. Por lo tanto, también le serán exigibles elevados rendimientos. • Contar con un sistema de gestión, mantenimiento y mejoramiento continuo. Es decir, un monitoreo constante del funcionamiento de los sistemas en la vivienda para poder rectificar, mejorar o cambiar los elementos que los constituyen según las fallas o anomalías detectadas, especialmente, en los sistemas de instalaciones. Acá es útil la incorporación de sistemas HEMS a las viviendas (Home Energy Management System). A modo de ejemplo, un aparato de aire acondicionado que por falta de mantenimiento esté funcionando a una temperatura de tan solo un grado menos de lo necesario, aumenta el gasto de energía entre un 8% y un 10%.
  30. 30. 10 2.1.3 Clasificación de las viviendas en Chile. En Chile las edificaciones están clasificadas en variados tipos; esto establecido por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo, hecho específicamente para clasificar las viviendas por tipo de estructuras, materialidad y diseño para la asignación de permisos municipales para la construcción. En la clasificación de las viviendas se analizan las construcciones tradicionales; como su materialidad pudiendo ser de hormigón armado, estructuras metálicas, paneles de madera, etc. Con el fin de considerar en nuestro análisis económico el costo asociado de una vivienda tipológica, se ha decidido optar por esta clasificación, para luego ubicar cada vivienda según la categoría en la que se encuentre. A continuación se presenta la clasificación de las construcciones: Construcción tradicional A. Construcciones con estructuras soportantes de acero. Entrepisos de perfiles de acero o losas de hormigón armado, según norma NCh 427. B. Construcciones de estructura resistente de hormigón armado, o con estructura mixta de acero con hormigón armado. Entrepisos de losas de hormigón armado, según NCh 429 y NCh 430. C. Construcciones con muros soportantes de albañilería de ladrillo y/o bloques de cemento confinados entre pilares y cadenas de hormigón
  31. 31. 11 armado. Entrepisos de losas de hormigón armado o entramados de madera, según NCh 2123. D. Construcciones de albañilería armada según NCh 1928 y construcciones con muros de albañilería de piedra u otros, confinados entre pilares y cadenas de hormigón armado. Entrepisos de losas de hormigón armado o entramados metálicos o de madera. E. Construcciones con estructura soportante de madera. Paneles de madera, de fibrocemento, de yeso cartón o similares, incluidas las tabiquerías de adobe o quincha. Entrepisos de entramados de madera. F. Construcciones de adobe, tierra cemento u otros materiales livianos aglomerados con cemento (escoria, piedra pómez, etc.). Entrepisos de entramados de madera. Construcción prefabricada Estructura Tipo de Panel: G. Metálica Panel exterior: madera corriente, prefabricados de hormigón, fibrocemento o similares. Panel interior: madera corriente o aglomerada, yeso-cartón o similares. H. Madera Panel exterior: madera corriente, fibrocemento o similares. Panel interior: madera corriente o aglomerada, yeso-cartón o similares.
  32. 32. 12 I. Construcciones de placas o paneles prefabricados. Placas o paneles monolíticos de hormigón liviano, fibrocemento u otro. Se incorporan a esta clasificación los sistemas constructivos con estructura de malla metálica, alma de poliestireno o equivalente y recubrimiento de mortero proyectado. Construcciones categoría 4 Son aquellas construcciones que cuentan con una estructura y un diseño sencillo de acuerdo a la definición de vivienda económica de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. Sus terminaciones son de tipo económico, ejemplos: • Cubiertas: con planchas onduladas de fibrocemento, fierro galvanizado o equivalentes. • Revestimientos exteriores: de bajo costo o carencia de ellos. Ejemplo: morteros pintados. • Revestimientos interiores: de bajo costo o carencia de ellos. Ejemplo: estucos sin afinar, cerámicos de bajo costo, maderas tipo pino insigne, álamo o aglomerados sin enchape. • Pavimentos: radier afinado, vinílicos económicos, cubrepisos, entablados de madera corriente u otros de costo equivalente. • Puertas: sobre la base de bastidores con forros económicos. • Sus instalaciones esenciales son completas (alcantarillado, agua potable y electricidad), en la cantidad y calidad mínima necesaria. Se contempla como
  33. 33. 13 alternativa el sistema de fosa y pozo. Artefactos sanitarios sencillos y económicos. 2.1.4 Fuentes energéticas en Chile Según la “Comisión Nacional de Energía de Chile (CNE)” existen diversas fuentes de energía, según su disponibilidad en la naturaleza, su propiedad de no agotarse al aprovecharla y su grado de utilización o penetración en el mercado, entre otras. Las fuentes energéticas son aquellos recursos capaces de producir algún tipo de energía y luego consumirla. Podemos clasificarlas en: Primarias, Secundarias y Renovables.2 Energía solar Recibe el nombre de energía solar aquella que proviene del aprovechamiento directo de la radiación del sol, y de la cual se obtiene calor y electricidad. El calor se obtiene mediante colectores térmicos, y la electricidad a través de paneles fotovoltaicos.3 En los sistemas de aprovechamiento térmico el calor recogido en los colectores solares puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades, como por ejemplo: obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, entre otras. 2 Comisión Nacional de Energía, Fuentes Energéticas En Chile. 3 Comisión Nacional de Energía, Fuentes Energéticas En Chile.
  34. 34. 14 Los paneles fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad, y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico en las áreas rurales que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche. Radiación solar El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 6.000° K en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear, que producen una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante un conjunto de radiaciones electromagnéticas llamadas radiación solar. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. Tabla N° 1: Colores del espectro visible y sus extremos. Fuente: Contenidos Educativos Digitales, Consejería de Educación, Gobierno de Extremadura.
  35. 35. 15 La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el w/m². Esta radiación está formada aproximadamente en: • 47% por el espectro visible. • 46% por el espectro infrarrojo. • 7% por el espectro ultravioleta. Dentro de la radiación, encontramos lo que se denomina como la constante solar, la cual determina el flujo de la radiación, que incide sobre una superficie normal o perpendicular a los rayos del sol a una distancia determinada y su valor energético por superficie es de 1.367 w/m², según la escala del “World Meteorological Organization”. La radiación solar a nivel del suelo está formada por una componente directa, que llega hasta nosotros sin sufrir desviaciones, y otra difusa, que se propaga por lo que se conoce como hemisferio celeste, aparentando ser irradiado por este medio. La suma de estas dos componentes en un plano horizontal se denomina radiación global. Si analizamos en el ámbito mundial la incidencia de la energía solar en la corteza terrestre quedaría expresada de la siguiente manera.
  36. 36. 16 Figura N° 1: Mapa Mundial de Radiación Solar, Agosto 2013. Fuente: http://incytde.org/incytde/content/energ-solar-fotovoltaica. En Chile, la energía solar es utilizada preferentemente en la zona norte del país, en donde existe uno de los niveles de radiación más altos del mundo. De acuerdo a la información disponible en el archivo solarimétrico nacional elaborado por la Universidad Técnica Federico Santa María, las radiaciones solares diarias para las regiones del país de nuestro interés son las siguientes: Tabla N° 2: Radiación Solar Diaria por región. Fuente: Elaboración Propia, en base al Archivo Solarimétrico Nacional, 2007.
  37. 37. 17 Las evaluaciones de tales registros demuestran que el norte de Chile presenta condiciones extraordinariamente favorables para la utilización de la energía solar, específicamente entre las regiones I y IV, el potencial de energía solar puede clasificarse entre los más elevados del mundo. Figura N° 2: Mapa de Chile y sus intensidades de radiación. Fuente: http://wiki.ead.pucv.cl/index/La_energ%C3%ADa_proveniente_del_sol El desarrollo de la tecnología fotovoltaica en nuestro país incluye los siguientes tipos de usos: aplicaciones efectuadas por empresas de telecomunicaciones, aplicaciones en retransmisión de televisión en sectores aislados, sistemas de iluminación de faros con paneles fotovoltaicos y electrificación rural. Energías de Uso Doméstico La CNE realizó un estudio llamado “Comportamiento del Consumidor Residencial y su Disposición a Incorporar Aspectos de Eficiencia Energética en sus Decisiones y
  38. 38. 18 Hábitos”, principalmente cuantitativo, para caracterizar con precisión los hábitos de consumo del sector residencial y su equipamiento. La ejecución del estudio permitió disponer de información estadísticamente significativa acerca de los hábitos de uso de la energía por los consumidores residenciales, así como sobre su comprensión y preferencias específicas en materias de eficiencia energética. El universo que esta encuesta abarcó, corresponde a las principales ciudades de Chile, observando a más de 1.000 viviendas. Tabla N° 3: Distribución de la muestra residencial por ciudad. Fuente: Elaboración propia, en base a estudios de la CNE, 2005. El siguiente gráfico muestra el uso de fuentes de energía para fines domésticos, estableciendo que por “uso doméstico” se hará referencia a la utilización de energía para cocinar, calefaccionar, calentar agua, secar ropa, etc. Tal como se observa, la principal fuente de energía utilizada es el Gas Licuado con un 90,8%, seguido por la Electricidad, utilizada en un 78,4% de los hogares.
  39. 39. 19 Gráfico N° 1: Uso de Fuentes de Energía para fines domésticos. Fuente: Comportamiento del Consumidor Residencial y su Disposición a Incorporar Aspectos de Eficiencia Energética en sus Decisiones y Hábitos, CNE, 2005. Debido a la información anterior, se investigará de manera más profunda y detallada sobre energías como el Gas Licuado y la Electricidad. Gas Licuado de Petróleo El Gas Licuado de Petróleo (GLP) es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural, o disueltos en el petróleo. Es fundamentalmente una combinación de moléculas de propano y butano, con trazas de otros compuestos. Sus componentes, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de licuar, y de ahí proviene su nombre. Es incoloro e inodoro. Se le añade un agente fuertemente "odorizante" para detectar con facilidad cualquier fuga, por pequeña que sea. En estado líquido, se transporta y almacena con facilidad. Una vez enfriado o presurizado, suele almacenarse en contenedores de acero o aluminio.
  40. 40. 20 El GLP tiene dos orígenes: el 60% de la producción se obtiene durante la extracción de gas natural y petróleo del suelo. El 40% restante se produce durante el refinado de crudo de petróleo. Este producto es una de las principales energías de uso doméstico en Chile. Se usa principalmente para calefaccionar y secar ropa con estufas, para lavar la losa y ducharse con el uso del calefont y para cocinar. Generalmente el GLP para viviendas se vende en cilindros y para departamentos se distribuye por cañerías. Las principales empresas de distribución de GLP en Chile son Abastible S.A., Lipigas S.A. y Gasco GLP S.A. Electricidad El mercado eléctrico en Chile está compuesto por las actividades de: generación, transmisión y distribución de suministro eléctrico. Estas actividades son desarrolladas por empresas que son controladas en su totalidad por capitales privados, mientras que el Estado sólo ejerce funciones de regulación, fiscalización y de planificación indicativa de inversiones en generación y transmisión, aunque esta última función es sólo una recomendación no forzosa para las empresas. Participan de la industria eléctrica nacional un total aproximado de 40 empresas generadoras, 10 empresas transmisoras y 31 empresas distribuidoras, que en conjunto suministran una demanda agregada nacional que en el 2008 alcanzó los 53.127,4 GWh.
  41. 41. 21 Esta demanda se localiza territorialmente en cuatro sistemas eléctricos (SING, SIC, Aysén y Magallanes). Existen en Chile cuatro sistemas eléctricos interconectados. El Sistema Interconectado del Norte Grande (SING), que cubre el territorio comprendido entre las ciudades de Arica y Antofagasta con un 28,06% de la capacidad instalada en el país; el Sistema Interconectado Central (SIC), que se extiende entre las localidades de Taltal y Chiloé con un 71,03% de la capacidad instalada en el país; el Sistema de Aysén que atiende el consumo de la Región XI con un 0,29% de la capacidad; y el Sistema de Magallanes, que abastece la Región XII con un 0,62% de la capacidad instalada en el país.4 El principal organismo del Estado que participa en la regulación del sector eléctrico en Chile es la Comisión Nacional de Energía (CNE), quien se encarga de elaborar y coordinar los planes, políticas y normas necesarias para el buen funcionamiento y desarrollo del sector energético nacional, velar por su cumplimiento y asesorar a los organismos de Gobierno en todas aquellas materias relacionadas con la energía. 2.1.5 Uso y consumo del Agua Potable en Chile El agua es un elemento compuesto por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, que existe en forma líquida, sólida y gaseosa (H2O). En todos estos estados está presente en el mar, ríos, lagos y lagunas, bajo la tierra, en glaciares, en plantas y animales. 4 Comisión Nacional de Energía, Sistemas Eléctricos,< http://www.cne.cl/energias/electricidad/sistemas- electricos>
  42. 42. 22 Si se considera toda el agua presente en el planeta se tendría lo siguiente: tres cuartas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas por agua, de esto cerca del 98% se encuentra en los océanos. Casi toda el agua dulce está en forma de hielo, poco más del 10% en forma de agua subterránea y el resto, que es sólo el 0,4% de toda el agua dulce, puede ser ocupada para consumo. A medida que aumenta la población y se intensifica el uso de agua, la escasez va convirtiéndose rápidamente en algo cada vez más habitual: en cuanto más agua demandemos, más fácilmente se agotará. El 69% de toda el agua dulce que se consume en el planeta se destina a la agricultura, el 23% lo utiliza la industria y el uso doméstico sólo asciende a un 8%. Una de las causas de la escasez de agua es el derroche de la misma. Por ejemplo, en el sector oriente de Santiago (Aguas Manquehue SA), cada persona consume al día un promedio de 617 litros, mientras que en otras, como es el caso de Coyhaique (Aguas Patagonia de Aysén SA) sólo gastan 95 litros diarios. Estas diferencias son igual de impactantes si se compara entre países y/o ciudades latinoamericanas. El ciudadano promedio de Paraguay, por ejemplo, utiliza 9 veces más agua diariamente en su hogar que el ciudadano medio de Manizales, Colombia. Un estudio realizado por la “Superintendencia de Servicios Sanitarios” llamado “Consumo de agua potable 2007-2008” concluye con la cantidad de agua promedio utilizada por las familias chilenas medida en metros cúbicos, de forma diaria y mensual, dependiendo el número de usuarios por vivienda.
  43. 43. 23 Respecto del consumo mensual por inmueble residencial, se concluyó que a nivel del sector sanitario éste oscila entre los 14 m³ por mes en el invierno y los 26 m³ por mes en el verano, manteniendo una estabilidad en el tiempo pese a las variaciones tarifarias experimentadas durante el período, que alcanzaron los 20 m³ en promedio, señala la “Superintendente Magaly Espinoza”. Además el estudio reveló que los clientes usan más agua de la que realmente necesitan para satisfacer sus necesidades. En la siguiente tabla se puede apreciar si la cantidad de agua consumida es de manera responsable, dependiendo la cantidad de usuarios por familia. El área de color verde corresponde a un uso responsable y eficiente. La zona amarilla corresponde para un nivel medio pudiendo ser disminuido fácilmente sin comprometer su calidad de vida. El área roja corresponde a un consumo irresponsable, siendo necesario modificar sus hábitos y realizar una inspección a sus griferías e instalaciones. La línea negra representa el consumo promedio diario por persona a nivel nacional. Tabla N° 4: Guía para el uso responsable del Agua Potable en Chile. Fuente: Consumo de agua potable 2007-2008, SISS.
  44. 44. 24 El consumo de agua en el hogar es variado y depende además del número de personas que forman parte de éste. Poder conocer dónde y cuánta agua se consume en forma diaria y si ese consumo se enmarca dentro de lo que se considera como responsable es vital, ya que a partir de esa información se podrán tomar decisiones de ahorro. Tabla N° 5: Litros consumidos, según actividades higiénicas y domésticas. Fuente: Manual para el Hogar, SISS. El agua es un elemento que cada día cobra mayor valor tanto en su precio como en su importancia y escases, es por esto que buscamos mitigar los mayores consumos de agua en una vivienda, de manera de ahorrar sin cambiar drásticamente el estilo de vida que tenemos. 2.1.6 Colectores Solares El agua caliente constituye un consumo energético importante en una casa teniendo diversos usos como la higiene personal y la limpieza de la casa. A nivel internacional existen algunos estudios de medida de este consumo. En general se considera que un consumo medio típico es del orden de los 40 litros por día y persona.
  45. 45. 25 En los países en desarrollo este consumo constituye entre el 30 y el 40% del consumo de energía de un hogar, este porcentaje es mayor que en los países desarrollados, donde el consumo de energía para producir agua caliente sanitaria (ACS) se supone del 26% del consumo total de la vivienda. Pero, en general, a nivel mundial, se ha convertido en el segundo uso energético doméstico en importancia después de la calefacción y la refrigeración. Por esta razón, el calentamiento de agua mediante energía solar, más allá de ser una alternativa ecológica, se ha convertido en una tecnología económicamente atractiva y competitiva en muchos países. En los últimos años se está produciendo un aumento notable de instalaciones de energía solar térmica en el mundo; los avances tecnológicos permitieron la fabricación de sistemas de mejor calidad y a menor costo y la sociedad está entendiendo la necesidad de sustituir los combustibles fósiles. Los colectores solares son dispositivos utilizados para colectar, absorber y transferir energía solar a un fluido, que puede ser agua o aire. La energía solar, puede ser utilizada para calentar agua, para sistemas de calefacción o para climatización de piscinas. Desde su primera invención, hace 120 años, se han desarrollado diversas formas de colectores solares térmicos, que van de los colectores planos a los colectores parabólicos y helióstatos. Se estima que en todo el mundo, el área instalada de colectores solares supera los 58.000.000 m². En Chile, el uso de colectores solares con este fin es muy bajo en contraste con otros países como los europeos y China.
  46. 46. 26 Para calentar agua a temperatura media, para calefacción de espacios y para procesos industriales, las aplicaciones más utilizadas son los colectores planos, en los cuales el área de la superficie de absorción es la misma que el área total del colector; o tubulares, en los que el absorbedor se encuentra dentro de un tubo de vidrio al vacío. Estos últimos pueden incluir, ya sea dentro o fuera del tubo, espejos cilindro-parabólicos para centrar la energía solar en el absorbedor. Temperaturas de 40 a 70 ºC son alcanzadas fácilmente por los colectores planos; el uso de superficies selectivas y reflectores junto a la retención de calor, hace que los colectores de tubos de vacío alcancen temperaturas significativamente más elevadas. Un colector necesita ser seleccionado cuidadosamente de acuerdo a la temperatura del fluido que debe proporcionar, para la aplicación prevista y de acuerdo al clima del lugar en el cuál va a estar emplazado. Un colector diseñado para aplicaciones en las que se necesitan fluidos a alta temperatura no resulta más eficiente cuando operan a bajas temperaturas. Los tipos de colectores solares para calentar agua se resumen en: • Colectores de placa plana con cubierta. • Colectores Concentradores Parabólicos Compuestos (CPC) Estacionarios. • Colectores de placa plana sin cubierta. • Colectores de tubos al vacío. • Colectores de placa plana con cubierta.
  47. 47. 27 Colectores de placa plana Son los más usados para calentar agua en los hogares y para los sistemas de calefacción. Un colector de placa plana se compone básicamente de una caja metálica con aislamiento con una cubierta de vidrio o de plástico (la ventana) y de una placa de absorción de color oscuro. La radiación solar es absorbida por la placa que está construida de un material que transfiere rápidamente el calor a un fluido que circula a través de tubos en el colector. Este tipo de colectores, calientan el fluido que circula a una temperatura considerablemente inferior a la del punto de ebullición del agua y son los más adecuados para aplicaciones donde la demanda de temperatura es de 30-70 °C. Son los más utilizados para calentar agua en sistemas domésticos y comerciales y en piscinas cubiertas. Un colector de placa plana consiste en un absorbedor, una cubierta transparente, un marco, y aislación. La cubierta transparente transmite una gran cantidad de la luz de onda corta del espectro solar y al mismo tiempo, sólo deja pasar muy poca radiación de onda larga (calor emitido por el absorbedor) produciendo un efecto invernadero. Además, la cubierta transparente evita que el viento y las brisas se lleven el calor colectado (convección). Junto con el marco, la cubierta protege el absorbedor de las condiciones meteorológicas adversas. Típicamente el marco está fabricado de materiales de aluminio y de acero galvanizado, también se utiliza plástico reforzado con fibra de vidrio.
  48. 48. 28 La aislación en la parte posterior del absorbedor y en las paredes laterales reduce las pérdidas de calor por conducción. Esta aislación es por lo general de la espuma de poliuretano, lana mineral, fibra de lana de vidrio, etc. Estos colectores han demostrado poseer una muy buena relación precio/calidad y tienen una amplia gama de posibilidades para su montaje (en el techo, como parte del techo, o solos). Figura N°3: Foto de un colector solar de placa plana con cubierta. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO. Colectores CPC estacionarios Su funcionamiento e instalación es exactamente la misma que los colectores de placa plana convencionales. Estos colectores poseen un sistema de concentración de radiación solar tipo Concentradores Parabólicos Compuestos, para obtener temperaturas más elevadas y un mayor rendimiento. Estas características se deben a que el área de pérdidas es menor al área de colección logrando una minimización de las pérdidas y alcanzando un
  49. 49. 29 rendimiento cercano al 50%. Son colectores concentradores, de alto rendimiento y alta calidad, de patente portuguesa. Figura N°4: Foto de un colector solar tipo CPC estacionario. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO. Colectores de placa plana sin cubierta Este tipo de colectores, sencillos y baratos, consisten en un absorbedor pero carecen de la cubierta transparente. No incluyen ningún aislamiento adicional, de manera que la ganancia de temperatura queda limitada a unos 20 ºC sobre la del aire del ambiente, son los más adecuados para aplicaciones de baja temperatura. Actualmente, son utilizados para la calefacción de piscinas al aire libre, pero existen otros mercados, incluidos los de calefacción de temporada en las piscinas cubiertas, calefacción de agua para lavar coches, y calefacción del agua utilizada en piscicultura. También existe un mercado potencial de estos colectores para calentamiento de agua en lugares remotos, como campamentos de verano.
  50. 50. 30 Los absorbedores de estos colectores son generalmente de plástico negro tratado para resistir la luz ultravioleta, o están construidos por tubos de metal o plástico recubiertos de pigmentos ennegrecidos por los que circula el agua. Dado que estos colectores no tienen cubierta, una gran parte de la energía solar absorbida se pierde principalmente por convección. Figura N°5: Foto de un colector de placa plana sin cubierta. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO. Colectores de tubos al vacio Estos colectores se componen de un conjunto de tubos de vacío (o evacuados) cada uno de los cuales contienen un absorbedor (generalmente una plancha de metal con tratamiento selectivo o de color negro), el cual recoge la energía solar y la transfiere a un fluido portador (calo-portador). Gracias a las propiedades aislantes del vacío, las pérdidas de calor son reducidas y pueden alcanzarse temperaturas en el rango de 77 °C a 177 °C. De esta manera, este tipo de colectores resultan particularmente apropiados para aplicaciones de alta temperatura.
  51. 51. 31 Por su forma cilíndrica, aprovechan la radiación de manera más efectiva que los colectores planos, al permitir que los rayos de sol incidan de forma perpendicular sobre los tubos durante la mayor parte del día. Estos colectores son hasta unos 30% más eficientes que los colectores planos, pero son bastante caros, por unidad de superficie suelen costar aproximadamente el doble que un colector de placa plana. En los últimos años la China ha perfeccionado la construcción de este tipo de colectores a precios competitivos con los colectores planos y ha entrado a competir con éxito en el mercado mundial. En la actualidad China está produciendo el 70 % de los colectores usados a nivel mundial. Están bien adaptados para aplicaciones industriales de calefacción y también puede ser una alternativa eficaz a los colectores de placa plana para la calefacción doméstica, especialmente en regiones donde hay poca radiación o escasa heliofanía. La técnica de vacío utilizada por los fabricantes de tubos fluorescentes, entre otros, se ha desarrollado hasta el punto de hacer rentable la producción en masa y la comercialización de sus equipos. Mediante la aplicación de esta tecnología, ha sido posible la construcción de los colectores solares de vacío que se comercializan en la actualidad y el mantenimiento de su elevado vacío. Debido a sus características geométricas, reciben el nombre de colectores de tubos de vacío.
  52. 52. 32 Existen dos tipos de colectores tubulares de vacío, según sea el método empleado para el intercambio de calor entre la placa y el fluido caloportador: • De flujo directo. • Con tubo de calor (heat pipe). Flujo directo Estos consisten en un grupo de tubos de vidrio dentro de cada uno de los cuales hay una aleta de aluminio absorbedor, conectada a un tubo de metal (normalmente cobre) o tubo de vidrio. La aleta posee un recubrimiento selectivo que absorbe la radiación solar, e inhibe la pérdida de calor radiativo. El fluido de transferencia de calor es el agua y se distribuye a través de las tuberías, una para la entrada del líquido y el otro para la salida de fluidos. Los colectores de tubos de vacío de corriente directa vienen en varias variedades de acuerdo al tipo de tubería utilizada. Figura N°6: Principio de funcionamiento de tubo de flujo directo. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO.
  53. 53. 33 Figura N°7: Foto de un colector solar de tubo de vacío de flujo directo. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO. Con tubo de calor (Heat Pipe) En este sistema los tubos de vacío llevan un fluido vaporizante que no puede salir del interior del tubo y que funciona como caloportador. Este fluido se evapora por efecto de la radiación solar, asciende hasta el extremo superior del tubo que se encuentra a temperatura inferior, esto hace que el vapor se condense, ceda su energía y retorne a su estado líquido cayendo por acción de la gravedad a la parte inferior del tubo, donde al recibir más radiación, vuelve a evaporarse y comienza un nuevo ciclo. Figura N°8: Principio de funcionamiento del tubo de calor. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO.
  54. 54. 34 Los tubos de calor son considerados como los “superconductores” del calor, debido a su muy baja capacidad calorífica y a su excepcional conductividad (miles de veces superior a la del mejor conductor sólido del mismo tamaño). El uso del tubo de calor está muy extendido en la industria y, basándose en este principio de funcionamiento se fabrican los actuales colectores de vacío con tubo de calor. Figura N°9: Foto de colector solar de tubo de vacío “Heat Pipe”. Fuente: Colectores Solares para Agua Caliente, INENCO. Una ventaja del sistema de tubos de calor sobre el de flujo directo es la conexión "seca" entre el absorbedor y la cabecera, lo que hace más fácil la instalación y también significa que los tubos se pueden cambiar sin vaciar el fluido de todo el sistema. Un inconveniente de estos colectores con tubos de calor es que deben ser montados con un ángulo mínimo de inclinación de alrededor de 25° con el fin de permitir que el fluido interno de la tubería de calor retorne a la zona de absorción de calor, en cambio los de flujo directo pueden ser instalador de manera horizontal.
  55. 55. 35 Termos Solares Llamaremos por Termo Solar a la combinación de un sistema de colector solar y un sistema de almacenaje de ACS. De acuerdo al método que se utiliza para la circulación del fluido portador del calor, se tienen los sistemas del tipo “Compacto o Split”. En los colectores del tipo “Compacto”, el líquido del circuito se desplaza producto de las variaciones de densidad provocadas por las diferencias de temperatura que se generan en él. Ello obliga a que el estanque acumulador se ubique sobre las placas colectoras. Figura N°10: Colector tipo Compacto. Fuente: Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social. En los colectores del tipo “Split”, una bomba es la que genera el desplazamiento del líquido portador de calor. De este modo el estanque puede estar a nivel de piso.
  56. 56. 36 Figura N°11: Colector tipo Split. Fuente: Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social. 2.1.7 Celdas Fotovoltaicas Estas celdas permiten convertir la luz directamente en electricidad. Están constituidas por láminas muy delgadas de un material semiconductor. Este material es normalmente sílice con pequeñas cantidades de impurezas. Las celdas de cristales de sílice son de alto costo, por lo que últimamente se han desarrollado celdas policristalinas delgadas más económicas. Los generadores de electricidad basados en celdas fotovoltaicas pueden formar parte de un circuito cerrado que provee de energía a una o más viviendas, o pueden además de lo anterior, traspasar parte de la energía generada a la red pública.
  57. 57. 37 Figura N°12: Circuito con celdas fotovoltaicas para una vivienda. Fuente: www.seguridaddigital.com.mx/activacioncart- subcats.asp?CategoriaID=16 Para la generación de energía eléctrica y abastecer una edificación de baja tensión, es una buena solución, ya que algunos lugares de Chile poseen una excelente irradiación y de ello se puede captar una gran cantidad de energía. El momento en el cual se requiere una mayor demanda energética es durante la noche y por las mañanas, antes de realizar las actividades diarias (como ir al trabajo los adultos y al colegio los más pequeños). En el caso de que se requiera de una mayor demanda energética, es factible utilizar el sistema eléctrico convencional, ya que la energía fotovoltaica es mayoritariamente utilizada para la iluminación y equipos que requieran poca potencia. En ciertos lugares del país, donde disminuye la cantidad de irradiación, se complica el uso de este sistema, aunque seguirá siendo una útil herramienta donde no llega la red eléctrica de los sistemas interconectados nacionales.
  58. 58. 38 La capacidad de incorporar energías renovables a la vivienda por medio de sistemas que utilizan la energía solar ya no es un tema profundamente novedoso, hoy en día se está utilizando bastante y además, se están mejorando. Posición del sol, orientación y ángulo de inclinación Las celdas fotovoltaicas y colectores solares, deben tener una cierta pendiente que maximice la radiación solar en el lugar de emplazamiento de la vivienda. Para acceder más libremente al sol y por razones de espacio, su instalación se realiza comúnmente en la cubierta. Es importante considerar que las posiciones del sol varían en cada estación del año desde que sale el primer rayo de sol hasta el atardecer, esto se debe tener en cuenta para aprovechar al máximo la energía que recibe el panel solar. La orientación y el ángulo de inclinación del panel son factores importantes a la hora de optimizar el aprovechamiento de energía. Se ha dicho que las condiciones óptimas para que un panel aproveche al máximo la energía es con la presencia de luz solar plena y a la vez este deberá ser orientado de la mejor forma hacia el sol, no sólo en los días soleados, si no también durante todo el año. Es así como si un panel está situado en el hemisferio norte, deberá tener una orientación hacia el sur y lo contrario sucederá si se ubica en el hemisferio sur, el cual tendrá que ser orientado hacia el norte. Los paneles alcanzan su mayor eficiencia a medio día cuando están orientados hacia el sol y perpendicularmente a este.
  59. 59. 39 Las estaciones del año también influyen en la posición del panel, la posición del sol varía entre invierno y verano, por ende los paneles solares también debiesen cambiar su posición, en verano por ejemplo tendrían que ser colocados en una posición ligeramente más horizontal, y así aprovechar al máximo la radiación solar. Sin embargo esta posición no sería tan efectiva en el invierno, por lo tanto se debe encontrar un “punto medio”, un ángulo donde los paneles puedan alcanzar la mayor eficiencia tanto con el sol de invierno como con el de verano. La inclinación de los paneles depende mucho de la latitud en que se ubique un panel, por ejemplo los paneles que se ubican cerca del ecuador son los únicos que se deben colocar en posición horizontal, y en Chile se recomienda tener un ángulo fijo de 15° más la latitud del lugar donde se ubique el panel. Ejemplos de algunas latitudes y su ángulo de inclinación: • 0° a 15° = ángulo de inclinación es de 15° • 15° a 25° = ángulo de inclinación es igual a la latitud • 25° a 30° =latitud más 5° • 30° a 35° =latitud más 10° • 35° a 40° =latitud más 15° • 40° o más = latitud más 20° El objetivo del ángulo de inclinación es que los rayos solares incidan verticalmente sobre el panel solar para mayor aprovechamiento de la energía solar. Es de considerar
  60. 60. 40 que independiente de la latitud los paneles solares deben ser ubicados en un lugar despejado, libre de árboles o algún objeto que provoque sombra. Baterías o almacenadores de energía para sistemas fotovoltaicos Gran parte de la energía captada durante el día por las celdas fotovoltaicas es almacenada en baterías. Esto es para momentos en los cuales se necesita utilizar energía eléctrica principalmente. Dentro de los tipos de baterías que se utilizan para los sistemas fotovoltaicos en el mercado se encuentran los principales tipos: • Baterías con placas positivas y negativas de rejilla. • Baterías OPZS con placas positivas reforzadas. • Baterías en bloques con placas positivas tubulares. • Baterías con electrolitos sólidos. • Baterías de níquel-cadmio. Inversores de corriente Estos aparatos corresponden a aquellos que al captar una corriente eléctrica continua o alterna, cambia su frecuencia de funcionamiento generando un flujo de energía eléctrica que es la que el usuario necesita utilizar, dependiendo siempre de los requerimientos del usuario en cuestión. Los dos tipos básicos de inversores de corriente pueden ser sinusoidal "de onda pura" o "de onda modificada". Esto simplemente se refiere al tipo de salida repetitiva de onda de una señal electrónica.
  61. 61. 41 2.1.8 Iluminación Eficiente La iluminación juega un papel fundamental en el desarrollo de las actuales actividades sociales, comerciales e industriales. La tecnología ha evolucionado a sistemas de alumbrado capaces de adaptarse a las exigencias actuales y que, a su vez, son más eficientes energéticamente. La iluminación representa en muchos edificios un porcentaje elevado del consumo eléctrico. Así, el porcentaje de energía eléctrica dedicado a iluminación puede llegar a alcanzar en algunos casos más del 50 % del uso total de energía. Tabla N° 6: Cantidad de energía eléctrica dedicada en iluminación por sector. Fuente: Guía técnica de iluminación eficiente, Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid. Por lo tanto, existe un gran potencial de ahorro energético y económico al usar un sistema de alumbrado eficiente, sin necesidad de disminuir la calidad, confort y nivel de iluminación de la vivienda.
  62. 62. 42 Dentro de las fuentes de iluminación, se encuentran tres tipos principales de ampolletas que son las ampolletas normales clásicas incandescentes, las alógenas con ampolletas fluorescentes compactas de ahorro de energía y la iluminación led. Una de las principales diferencias entre estos dos tipos de ampolletas, corresponde a que un tipo de ampolleta como las incandescentes generan una mayor cantidad de calor, destinando más energía a la generación de calor, en vez de iluminación, en cambio las ampolletas fluorescentes compactas de ahorro de energía generan la misma cantidad de luz que una ampolleta incandescente, pero se reduce su consumo de electricidad y disminuye considerablemente la emanación de calor. En cuanto a durabilidad, las ampolletas fluorescentes compactas de ahorro de energía son a lo menos diez veces más duraderas que las ampolletas incandescentes. Existen siete clases de eficiencia energética, identificadas con una letra desde la A (más eficiente) a la G (menos eficiente). Si se adquiere una lámpara de clase A, el consumo es casi tres veces menor que si fuera de clase G. En el embalaje de las ampolletas debe aparecer esta etiqueta, además de la potencia de la lámpara (W), el flujo luminoso (lm) y la vida media (h).
  63. 63. 43 Figura N° 13: Ampolleta Fluorescente V/S Ampolleta Incandescente. Fuente: Guía Técnica de Iluminación Eficiente, Madrid, España. Las dos lámparas anteriores son equivalentes en flujo luminoso; sin embargo, la clasificada A energéticamente consume un 80 % menos de energía y su vida útil es 10 veces superior, que la incandescente clasificada E. Las lámparas incandescentes presentan el mayor índice de reproducción cromática (Ra = 100) y una temperatura de color de 2.700 K; sin embargo, su eficacia luminosa es muy baja. Dentro de las medidas de iluminación que brindan estos tipos de ampolletas se tienen variados rangos de tonalidades, asignándoles valores de acuerdo a su temperatura de color. Figura N° 14: Representación de la temperatura según ciertos colores. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_color
  64. 64. 44 La iluminación led corresponde a un tipo de iluminación duradero, con un bajo consumo, flexible y ecológico siendo la fuente de luz más ecológica que existe, ya que no posee mercurio ni elementos tóxicos en sus componentes o fabricación. Su encendido es instantáneo ya que no requiere de la generación de puentes de plasma ni calentar el tubo como el neón, además no se ve afectado su funcionamiento debido a bajas temperaturas, ni disminuida su intensidad. Las ventajas de utilizar la iluminación led corresponden al alto ahorro energético al interior del hogar, no producen calor y no necesitan mantención, ya que se no posee filamento como la ampolleta tradicional y no existe un punto en que dejen de funcionar debido a que su falla se debe al desgaste del material. No posee materiales contaminantes y no atrae insectos ya que no libera luz de tipo ultravioleta ni infrarroja. Las desventajas de la iluminación led corresponden a que son de un alto costo en comparación a las ampolletas tradicionales y la baja iluminación que aporta una ampolleta led en relación a una incandescente, por lo tanto para cubrir la cantidad de lúmenes que se necesitan para mantener la confortabilidad al interior de la vivienda se necesitan más ampolletas led lo que genera un gasto inicial mayor y una intervención a toda la instalación del sistema de iluminación, necesitando más espacio, tiempo y recursos para implementar esta tecnología. 2.1.9 Artefactos Sanitarios y Griferías Eficientes. El agua es un elemento que cada día cobra mayor valor tanto en su precio como en su importancia y escases, es por esto que buscamos mitigar los mayores consumos de
  65. 65. 45 agua en una vivienda, de manera de ahorrar sin cambiar drásticamente el estilo de vida que tenemos. Se estima que la distribución del consumo de agua potable dentro de la vivienda se distribuye en 65% para el baño, 20% en la lavadora, 10% en la cocina y 5% en jardín y otros, según la Superintendencia de Servicios Sanitarios. Existen actividades domésticas en las cuales no es posible disminuir el consumo de agua, debido a necesitan una cantidad específica para poder funcionar, como los es el uso de la lavadora y cocinar. Por otra parte, existen actividades donde sí se puede racionar el uso del agua, como lo es el lavarse las manos, el wc y la ducha en el baño, y lavar la losa en la cocina. Los Aireadores Eficientes (A) y la Válvula Limitadora de Caudal (B), son dispositivos diseñados para ahorrar agua y energía en las griferías. El limitador de caudal, tal como lo indica su nombre, permite una reducción de este y el aireador compensa la disminución del caudal mediante la adición de aire al flujo de agua, justo antes de la boca del grifo. Figura N° 15: Dispositivo aireador (A) y válvula limitadora de caudal (B). Fuente:www.ecologicbarna.com/unmundosinagua2.htm
  66. 66. 46 Los indicados dispositivos pueden lograr de un 30% a un 70% de ahorro en agua utilizada en la grifería de lavamanos y lavaplatos, lo que implica una disminución considerable en el total de agua consumida en el hogar. Otro de los artefactos que permiten hacer una reducción del agua en las viviendas son los WC eficientes. Estos usan una descarga de 7 litros, lo que los convierte en más eficientes que los usados tradicionalmente, con hasta el doble de esta cantidad. Figura N° 16: WC eficiente con doble descarga. Fuente:http://tec.nologia.com/2009/02/05/ahorrador-de-agua-para-el-wc Una forma de disminuir el consumo de agua en el W.C. es a través del uso de válvulas de doble descarga o de descarga selectiva en los estanques. Las válvulas de doble descarga utilizan 3 a 4 litros de agua para evacuar líquidos y 6 a 7 litros para sólidos. Las duchas para ahorrar agua son excelentes para disminuir los gastos del hogar y los problemas de abastecimiento de agua. También conocidas como Duchas Eficientes son dispositivos sencillos y fáciles de instalar. Existe gran variedad de modelos y precios accesibles. Las duchas economizadoras de agua permitirán ahorrar dinero y el ahorro de agua, además de contribuir con la ecología.
  67. 67. 47 Figura N° 17: Ducha Eficiente. Fuente: http://www.renovables.com.uy/ecoduchas.html 2.1.10 Instituto Nacional de Estadísticas (INE) El Instituto Nacional de Estadísticas es uno de los organismos públicos con mayor trayectoria en el país. Desde 1843 se cuenta en su quehacer numerosos Censos, encuestas y estudios de la realidad nacional. En la actualidad, el INE ha ampliado las áreas de trabajo, entregando al país más de 70 indicadores de calidad, en una diversidad temática: empleo, precios, población, cultura, seguridad ciudadana, economía y muchos otros. Se denomina censo, al recuento de individuos que conforman una población estadística, definida como un conjunto de elementos de referencia sobre el que se realizan las observaciones. El censo de una población estadística consiste básicamente, en obtener mediciones del número total de individuos mediante diversas técnicas de recuento.
  68. 68. 48 El CENSO es una de las operaciones estadísticas que no trabaja sobre una muestra, sino sobre la población total; mientras que el período de realización depende de los objetivos para los que se necesiten los datos. Por ejemplo, en diversos países se llevan a cabo censos poblacionales que por lo general se realizan cada 10 años, mismo período utilizado para censos agropecuarios. De acuerdo a lo anterior, hemos utilizado como herramienta de trabajo los datos del CENSO 2002, para recolectar información sobre viviendas y habitantes a nivel nacional. 2.1.11 Evaluación de Proyectos La evaluación de un proyecto se trata en estudiar y comparar los costos y beneficios de un proyecto para decidir la conveniencia de su ejecución. Busca conocer qué tanto un proyecto ha logrado cumplir sus objetivos, o bien, qué tanta capacidad poseería para cumplirlos. Existen variados conceptos asociados a la evaluación de un proyecto, estos suelen ser: • Inversión: es aquella fase en la cual se desarrollan las actividades necesarias para la implementación del proyecto, comprendiendo la adquisición de equipos, habilitación de inmuebles, selección y capacitación del personal, generar estructuras organizativa y administrativa y puesta en marcha, entre otras.
  69. 69. 49 • Beneficio: es aquella ganancia que se obtiene de un proceso o actividad económica y se calcula como los ingresos totales menos los costes totales. • Tasa de descuento: es una medida financiera para determinar el valor actual de un pago en el futuro. • Tasa de inflación: es una medida financiera que refleja el aumento constante y sostenido en los precios, en un cierto periodo de tiempo. • Indicador de rentabilidad: mide el beneficio obtenido en un periodo de tiempo. • Valor actualizado neto (VAN): corresponde a uno de los indicadores de rentabilidad. • Flujo de caja: corresponde a las entradas y salidas del dinero en un periodo de tiempo. • Horizonte de evaluación: es el periodo de tiempo en el que será estudiado un proyecto, en otros términos, sería la cantidad de flujos de caja a considerar. • Vida útil: corresponde a la duración estimada que un objeto pueda tener cumpliendo correctamente la función para la que ha sido creado.
  70. 70. 50 Fórmulas Financieras Ecuación N° 1: Cálculo del VAN. Fuente: Evaluación de proyectos de inversión, Miguel Mellado. Dónde: • FNC t: corresponde al flujo neto de caja de periodo t. • rj: corresponde a la tasa de descuento. • t: corresponde al periodo de tiempo • Io: corresponde a la inversión inicial. • H: corresponde al horizonte del proyecto. El criterio de análisis de los resultados del valor del VAN es el siguiente: • Para valores VAN mayores a cero, el proyecto es rentable. • Para valores VAN menor a cero, el proyecto no es viable económicamente. • Para valores VAN iguales a cero, se recupera solamente la inversión. Otro factor que se debe considerar es el periodo de recuperación de la inversión, que consiste principalmente en cuantos flujos de caja se necesitan aportar, para que recuperar la inversión inicial (Los flujos de caja deberán estar actualizados, para
  71. 71. 51 referenciarlos de la misma forma que la inversión inicial ya que ambos deben estar en valor presente en el periodo cero). El periodo de recuperación es sumamente relevante para tomar una decisión, ya que aunque los proyectos sean rentables, es importante considerar que es probable que se recuperen al final de horizonte del proyecto. Ejemplo de esto sería la decisión de invertir en un proyecto cuyo periodo de recuperación sea de 19 años con horizonte de 20. En teoría sería rentable, pero sería muy difícil que alguien lo vea como un negocio beneficioso. Ecuación N° 2: Periodo de recuperación de la inversión. Fuente: Evaluación de proyectos de inversión, Miguel Mellado. Donde: • K: corresponde al periodo inmediatamente después del cambio de signo en la inversión por recuperar.
  72. 72. 52 CAPÍTULO III 3.1 METODOLOGÍA PARA LOGRAR UNA VIVIENDA EFICIENTE En el presente capitulo se propone una metodología para lograr que una vivienda sea eficiente desde el punto de vista del buen uso de las energías domésticas, basada en la “Propuesta de una metodología de certificación de eficiencia energética para viviendas en Chile” presentada por el Magister en Construcción Héctor Hernández y el Doctor en Ingeniería Leonardo Meza en la Revista de la Construcción publicada en Abril del año 2011. Esta metodología se resume en evaluar el emplazamiento de la vivienda, sus principales características y el consumo de las energías domésticas presentes en ella, para luego poder presentar alternativas y considerar los costos asociados a una posible implementación. A continuación se presenta la propuesta metodológica para lograr una vivienda eficiente: Definir el tipo de vivienda Primero que todo, se deberá definir el tipo de vivienda en la que se quiere intervenir y sus características actuales. Las viviendas son edificaciones que tienen como objetivo brindar refugio y habitaciones para proteger a las personas de los agentes climáticos y de otras amenazas.
  73. 73. 53 Esto no implica que todas deban tener la misma forma, materialidad, calidad, confort, instalaciones, etc. Es por esto que se deberá estudiar la vivienda antes de realizar una propuesta de eficiencia energética, ya que en una casa probablemente se pueden barajar más opciones de sustentabilidad que en un departamento, pudiendo usar mecanismos que requieran de espacios abiertos. Otro punto, será definir si la propuesta energética será para una vivienda proyectada o una existente. En una vivienda proyectada se podrá decidir sobre el diseño de ella para contemplar estrategias de eficiencia energética, como la orientación de la vivienda, el buen uso de la luz natural y la ventilación de ella. No así en una vivienda existente, donde una propuesta de eficiencia deberá adaptarse a ella. Emplazamiento de la vivienda Debido a que Chile tiene una geografía con climas muy variados, será necesario que se establezca el lugar donde la vivienda será o se encuentra emplazada. El emplazamiento de esta, será primordial para estudiar los recursos energéticos que se puedan encontrar a disposición de la propuesta energética. Ejemplo de ello es que en el Norte de Chile se podrá disponer de altos índices de radiación, no así en el Sur de Chile.
  74. 74. 54 Definir usuarios por vivienda Será necesario definir la cantidad de personas que frecuentan o habitan la vivienda. Esto será con el fin de analizar su comportamiento frente al consumo de las energías presentes en el hogar. Una manera de lograr cuantificar el consumo de las energías presentes es manejando información con respecto a los hábitos de las familias residentes. El consumo de las energías domésticas, dependerá de la necesidad de cada familia y su comportamiento como consumidores. Uso y consumo de las Energías Se deberá estudiar cuales son las principales energías presentes en la vivienda y el consumo de ellas en un periodo de tiempo. Existen varias energías que se usan frecuentemente en el sector residencial. Las más comunes son la Electricidad, el Gas Licuado, la Parafina y la Leña entre otras. Es importante conocer la energía usada en la vivienda, para definir los mecanismos que ayudarán a disminuir su consumo o en su defecto prescindir totalmente de ella. A través del número de personas que habitan en la vivienda y su comportamiento se podrá cuantificar el consumo de la energía.
  75. 75. 55 Definir los costos asociados a la implementación Hoy en día existen muchas energías renovables convencionales y no convencionales al igual que mecanismos de captación de ellas, pero no todas están al alcance del bolsillo. Será necesario contar con los alcances económicos antes de ofrecer una propuesta de sustentabilidad, para elegir dentro de la gama de productos y proveedores opciones reales. Además, se deberá evaluar dentro del presupuesto si se considerarán costos de instalación, costos de envío, etc. Implementación Luego de conocer los alcances económicos se podrá definir los sistemas o mecanismos que contribuirán en el ahorro de las energías en el hogar. Se procederá con la instalación de estos, generando un ahorro en las energías convencionales y dando inicio a la sustentabilidad del hogar. Se deberá dejar en claro, que el concepto de sustentabilidad conlleva la incorporación de las energías limpias y renovables aunque no siempre generará un ahorro económico, pero siempre contribuirán al medio ambiente. Muchas veces las fuentes de energías convencionales tienen un costo accesible para las personas, es por esto que son las elegidas a la hora de calefaccionar o iluminar sus viviendas.
  76. 76. 56 CAPÍTULO IV 4.1 DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN El desarrollo de este capítulo está basado en profundizar cada punto de la propuesta metodológica para lograr una vivienda eficiente, donde se reconocen tres grandes pilares que sustentan la investigación, estos son la Tipología de la Vivienda, la cual describirá las características de la vivienda, el emplazamiento y los habitantes residentes en ella; el Análisis del Consumo Energético en las Viviendas, donde se procederá a cuantificar el consumo actual de las energías domésticas en la vivienda por parte de los habitantes de manera diaria, mensual o anual, dependiendo el caso; y la Evaluación de los Costos de Inversión, donde se definirán los sistemas de ahorro de las energías domesticas en el hogar y se podrá encontrar los respectivos costos asociados a la implementación, en la que se considerará la mano de obra y los costos de transporte e instalación para cada vivienda en cada zona del país. A continuación se presenta el desarrollo de la investigación. 4.1.1 Tipología de Vivienda Como se describe en los tres primeros puntos de nuestra propuesta metodológica para una vivienda eficiente, se deberá contar con información relativa a la vivienda, como donde serán emplazadas, sus principales características de materialidad y el número de habitantes que habitan en ella, para más adelante lograr cuantificar comportamiento de los residentes respecto al consumo de las energías.
  77. 77. 57 4.1.1.1 Emplazamiento Chile es una larga y estrecha franja de tierra, que se extiende a lo largo en 4.270 km y alcanza un ancho máximo de 445 km. Se divide geográficamente en tres zonas: Norte, Centro y Sur, la cuales se enfrenten a diversos tipos de climas. Zona Norte Se caracteriza por su clima seco y escasas lluvias. Se subdivide en: • Norte Grande: forma parte del área más seca y árida del país, donde sus principales ciudades son Arica, Iquique y Antofagasta. • Norte Chico: es una zona de grandes contrastes geográficos, que van desde la aridez del desierto a la fertilidad de los valles transversales, con cielos limpios la mayor parte del año, donde sus principales ciudades son Copiapó, Vallenar, Coquimbo y La Serena. Zona Central Históricamente ha sido la principal zona del país y con el mayor número de habitantes (reúne cerca del 75% de la población del país). Además, concentra el mayor porcentaje de productividad económica del país, debido a clima mediterráneo, donde sus principales ciudades son Santiago, Valparaíso, Concepción y Talca. Zona Sur Se caracteriza por ser lluviosa y fría en invierno. Se subdivide en Sur, Patagonia Norte y Patagonia Sur:
  78. 78. 58 • Sur: clima muy lluvioso y húmedo donde se presentan muchos lagos y ríos, sus principales ciudades son Temuco, Valdivia y Puerto Montt. • Patagonia Norte: en esta zona Chile parece quebrarse en pequeñas islas, de las cuales se destaca la de Chiloé. Aquí existen dos climas, el oceánico lluvioso y el estepárico, que es más frío y seco acercándose hacia el oriente. Sus principales ciudades son Puerto Aysén y Coyhaique. • Patagonia Sur: en esta zona el clima es inhóspito, bajas temperaturas y muy seco. Sus principales ciudades son Punta Arenas, Puerto Natales y Puerto Williams. Debido a la gran diferencia entre los climas de las zonas anteriormente nombradas, se cree necesario analizar una vivienda emplazada en una ciudad representativa para la Zona Norte, Zona Centro y Zona Sur. Se decidió elegir las ciudades de Antofagasta, el Gran Santiago y Puerto Montt, debido a que se cuenta con mayor información de ellas referente al comportamiento de sus habitantes frente al uso de las fuentes energéticas convencionales. 4.1.1.2 Tipo de Vivienda Luego de definir donde serán emplazadas se procede a realizar el análisis del tipo de vivienda que será estudiada.
  79. 79. 59 Nuestra propuesta metodológica plantea que se debe definir si la vivienda será proyectada o ya se encuentra construida, ya que en para ambos casos las estrategias para lograr una eficiencia energética son diferentes. Se optará por estudiar viviendas ya construidas y habitadas por las siguientes razones: • Se pretende analizar el comportamiento actual de las personas frente al consumo de las fuentes energéticas convencionales versus lo que se puede llegar a ahorrar en dichas energías, por lo que es necesario que ya existan registros de ello. • Los diseños en una vivienda contemplan estrategias de eficiencia energética pasivas, como lo son el buen uso de la iluminación y la ventilación, lo que complica el cuantificar diferencias económicas en el uso de las fuentes energéticas. Ejemplo de ello sería una vivienda con buena iluminación natural, que podría disminuir el uso de la iluminación tradicional. Lo siguiente es definir las principales características de la vivienda, para así barajar alternativas de sustentabilidad que puedan participar en la disminución de las energías tradicionales, como el tipo de vivienda, la superficie y sus habitaciones. Además se incorporarán características necesarias para la evaluación económica de la vivienda como lo son la materialidad de los muros exteriores, cubierta y piso. Como es sabido, cada 10 años en nuestro país se realiza una encuesta llamada CENSO, la cual es organizada y administrada por el Instituto Nacional de Estadísticas.
  80. 80. 60 El año 2012 se realizó el último CENSO en Chile, pero debido a cuestionamientos de fiabilidad este fue bloqueado para el uso de los ciudadanos, por lo tanto se usará la información del CENSO 2002. En este se realizaron preguntas sobre Vivienda, Hogar y Personas, donde se puede encontrar información ideal para caracterizar una tipología de vivienda. A continuación se procederá a caracterizar las viviendas para las ciudades elegidas anteriormente según la información recopilada del CENSO 2002. Antofagasta Como se puede apreciar en la siguiente tabla, en la ciudad de Antofagasta la mayor cantidad de viviendas son del tipo Casa, siendo un 82,34% de los encuestados. Tabla N° 7: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Antofagasta. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. La siguiente información revela que los muros exteriores de la mayor cantidad de viviendas fueron construidos de Paneles Estructurados (estructuras similares al
  81. 81. 61 Volcometal de Cintac forrados con paneles o planchas de OSB o fibrocemento) siendo un 47,17% del total de los encuestados. Tabla N° 8: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Antofagasta. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. También los datos obtenidos del CENSO indicaron que las viviendas de Antofagasta principalmente usan cubiertas de Pizarreño (Planchas de Fibrocemento) siendo un 45,68% del total de las viviendas encuestadas. Tabla N° 9: Tipo de material en la Cubierta, de la ciudad de Antofagasta. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002.
  82. 82. 62 Los pavimentos interiores de las viviendas consultadas son principalmente Plásticos, como el Flexit o el Linóleo. Estos se encontraron aproximadamente en la mitad de las viviendas encuestadas. Tabla N° 10: Tipo de material en los pisos, de la ciudad de Antofagasta. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. Santiago Al igual que Antofagasta, en la ciudad de Santiago se observa que principalmente las viviendas más frecuentes son Casas, encontrándose un 73,40%. Tabla N° 11: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Santiago. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002.
  83. 83. 63 Cabe destacar que en la ciudad de Santiago se puede apreciar una gran cantidad de edificios no siendo todos habitacionales si no que oficinas. Además se considera como Santiago todas las comunas pertenecientes al Gran Santiago (Pedro Aguirre Cerda, La Reina, Recoleta, etc.) y no a la comuna de Santiago Centro. Tabla N° 12: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Santiago. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. Como se puede apreciar en la tabla anterior, las viviendas en Santiago fueron construidas principalmente de Ladrillos, siendo un 57,98% del total del universo encuestado. Y al igual que la ciudad de Antofagasta estas viviendas también usan como principal material para la cubierta el Pizarreño (Fibrocemento).
  84. 84. 64 Tabla N° 13: Tipo de material de la Cubierta, de la ciudad de Santiago. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. A diferencia de la ciudad de Antofagasta, en Santiago se privilegia el uso de Cerámico (26,89%) por sobre los pisos de plástico. Cabe destacar que no existe una gran diferencia en la frecuencia de los pavimentos, ya que el uso de la madera corresponde a un 20,46% y los plásticos un 22,68%. Tabla N° 14: Tipo de material del piso, en la ciudad de Santiago. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002.
  85. 85. 65 Puerto Montt En la ciudad de Puerto Montt la vivienda con mayor frecuencia son las Casas al igual que Antofagasta y Santiago, por lo que ya se podría especular sobre una preferencia de los chilenos sobre los tipos de viviendas. Tabla N° 15: Tipo de Vivienda, en la ciudad de Puerto Montt. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. Era esperable que la preferencia en la materialidad de los muros exteriores en el sur fuese la Madera, ya que es de mayor acceso por su costo y abundancia en la zona. Además en el sur existen ciudades con planes reguladores que priorizan el uso de la madera por sobre otros materiales para conservar un entorno más armónico con la naturaleza.
  86. 86. 66 Tabla N° 16: Tipo de material en Muros Exteriores, de la ciudad de Puerto Montt. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. En relación al material usado en las cubiertas, en Puerto Montt se prefiere el uso del Zinc mayoritariamente con un alto porcentaje (77,78%) muy por sobre el Pizarreño en 2° lugar con un 11,43%. Tabla N° 17: Tipo de material en la Cubierta, en la ciudad de Puerto Montt. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. También los pisos se diferencian del resto de las ciudades, siendo entablados de Madera los preferidos por los habitantes de Puerto Montt con un alto porcentaje de 70,24%. Quien le sigue son las alfombras, con un bajo 15,97%.
  87. 87. 67 Tabla N° 18: Tipo de material del piso, en la ciudad de Puerto Montt. Fuente: Elaboración propia, en base a datos obtenidos del CENSO 2002. En resumen, la caracterización de las viviendas en cuanto a sus materialidades es muy variada, donde en el sur se podía prever que el uso de la madera es el material usado por excelencia para muros y pavimentos debido a los factores anteriormente nombrados. Además destaca la mayor preferencia de casas por sobre departamentos en las ciudades encuestadas, donde los factores pueden múltiples, ya sea por seguridad, costos o preferencias personales. Superficie La superficie de las viviendas también es una característica importante al estudiar una tipología de vivienda. De ella es posible establecer posibles costos en los consumos de las energías domesticas presentes en el hogar, o simplemente el valor de la vivienda por m². El año 2005, el Área de Medio Ambiente y Eficiencia Energética de la Comisión Nacional de Energía en conjunto con el Departamento de Economía de la Universidad de Chile, realizaron un estudio sobre el “Comportamiento del Consumidor Residencial y

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