Tecnia

Consumo Eléctrico, Confort Térmico e Impacto Ambiental de una Institución Educativa ubicada en el Norte de Argentina

RESUMEN El objetivo de este trabajo es conocer el consumo eléctrico de una institución educativa por el uso de equipos de aire acondicionado para el confort térmico, como también el impacto local y ambiental que genera dicho consumo. La institución se encuentra en la ciudad de Orán (Norte de Argentina), en zona bioclimática IIb (Norma IRAM 11603) y se trata de una Sede Universitaria. Para su funcionamiento dispone de 2 predios: el predio 1 se encuentra en zona céntrica y es la unidad de estudio. Aplicando diferentes técnicas e instrumentos se investiga acerca de las condiciones climáticas de la región, los aspectos estructurales y funcionales del edificio de la institución, la dinámica de la comunidad educativa y sus preferencias tecnológicas para el logro del confort térmico, el consumo eléctrico en el periodo 2013-2018 y las áreas de demanda eléctrica. Con todos los datos obtenidos y, aplicando un procedimiento basado en meses referentes, se estima el consumo eléctrico por el uso de equipos de aire acondicionado. También se analizan los impactos locales y se estima la huella de carbono por esa actividad. Los resultados más importantes son: se trata de una región muy calurosa, el aspecto estructural del edificio carece de conceptos bioclimáticos, el consumo eléctrico por el uso de equipos de aire acondicionado representa el 28% del consumo anual total del predio 1 y una emisión aproximada de 13 tnCO2eq/año, requiriendo entre 1300 y 2600 árboles para su mitigación. Resulta imprescindible implementar estrategias bioclimáticas en el edificio de la Sede Universitaria.

ABSTRACT The aim of this paper is to know the electricity consumption of an educational institution by the use of air conditioning equipment for thermal comfort, as well as the local and environmental impact that such consumption generates. The institution is located in the city of Orán (North of Argentina), in bioclimatic zone IIb (IRAM Standard 11603) and it is a University headquarters. For its operation it has 2 properties: property 1 is located in a downtown area and is the study unit. Applying different techniques and instruments is investigated about the climatic conditions of the region, the structural and functional aspects of the institution building, the dynamics of the educational community and its technological preferences for the achievement of thermal comfort, the electricity consumption in the period 2013-2018 and the areas of electricity demand. With all the data obtained and, applying a procedure based on reference months, the electricity consumption for the use of air conditioning equipment is estimated. Local impacts are also analyzed and the carbon footprint for this activity is estimated. The most important results are: it is a very hot region, the structural aspect of the building lacks bioclimatic concepts, the electricity consumption from the use of air conditioning equipment represents 28% of the total annual consumption of the property 1 and an approximate emission of 13 tnCO2eq / year, requiring between 1,300 and 2,600 trees for mitigation. It is essential to implement bioclimatic strategies in the building of the University Headquarters.

Diseño y Construcción de un Ciclador de Baterías

RESUMEN El objetivo del presente trabajo es diseñar y construir un dispositivo “El Ciclador de Baterías” cuya función es cargar y descargar de forma automática y repetidamente una batería y almacenar los datos del voltaje y la intensidad de corriente de la batería en función del tiempo por cada proceso de carga y descarga; con estos datos se puede determinar el estado de carga, la eficiencia coulómbica y la eficiencia energética de la batería. El estado de carga de la batería es un parámetro importante que indica cuanta carga hay disponible en la batería respecto de su capacidad, la estimación precisa del estado de carga de la batería es fundamental en un sistema de gestión de batería, pues permite evitar una sobrecarga o descarga profunda de la batería, condiciones que pueden dañar irreversiblemente la batería.

ABSTRACT The objective of the present work is to design and build a device "The Battery Cycler" whose function is to automatically and repeatedly charge and discharge a battery and store the data of the battery voltage and current intensity as a function of time for each charging and discharging process; with these data the state of charge, coulombic efficiency and energy efficiency of the battery can be determined. The state of charge of the battery is an important parameter that indicates how much charge is available in the battery with respect to its capacity, the precise estimation of the state of charge of the battery is essential in a battery management system, as it allows to avoid an overcharge or deep discharge of the battery, conditions that can irreversibly damage the battery.

Evaluación Térmica De Modificaciones En Las Envolventes De Módulos Experimentales Ubicados en El Centro Poblado De Imata (4519 Msnm), Arequipa

RESUMEN Este trabajo analiza los diferentes aportes térmicos y energéticos dinámicos de las diferentes propuestas de modificaciones realizados en las envolventes de dos módulos experimentales de vivienda construidos en el centro poblado de Imata, Arequipa a 4519 msnm. Los módulos fueron construidos con características constructivas del lugar y diseño típico, posteriormente se realizaron modificaciones como cambiar el material de cubierta del techo, enlucido de las paredes de adobe con yeso, colocación de claraboyas en el techo y falso techo, aislamiento del falso techo, y construcción de un invernadero adosado en uno de los módulos. El registro de datos consistió en medir la temperatura del aire interior de los módulos e invernadero adosado, además, del registro de datos meteorológicos exteriores, utilizando una estación Davis ubicada en lo alto de la municipalidad de Imata. La temperatura media diaria del aire interior del módulo sin invernadero (M1) inicialmente fue de 3,1 °C, siendo la temperatura media diaria exterior 0,61 °C; con las modificaciones de las envolventes, la temperatura media del aire interior de M1 fue 10 °C, aportando en promedio al interior 6,9 °C; para el módulo con invernadero (M2), la temperatura media del aire interior fue de 14, 6 °C, aportando en promedio al interior 11,5 °C con una diferencia promedio de 5,17 °C por encima de M1. Los resultados obtenidos demuestran el aporte de las modificaciones y técnicas bioclimáticas implementadas como el caso del invernadero adosado que para las zonas Altoandinas por su potencial solar se presentan idóneos y eficaces.

ABSTRACT This paper analyzes the different thermal and dynamic energy contributions of the different proposals for modifications made in the envelopes of two experimental housing modules built in the town of Imata, Arequipa at 4519 meters above sea level. The modules were built with constructive characteristics of the place and typical design, later modifications were made such as changing the roof covering material, plastering the adobe walls with plaster, placing skylights on the ceiling and false ceiling, insulation of the false ceiling, and construction of a greenhouse attached to one of the modules. The data recording consisted of measuring the indoor air temperature of the modules and attached greenhouse, in addition to the outdoor meteorological data recording using a Davis station located at the top of the Imata municipality. The average daily indoor air temperature of the module without greenhouse (M1) was initially 3.1 °C, the average daily outdoor temperature being 0.61 °C; With the modifications of the envelopes, the average temperature of the interior air of M1 was 10 °C, contributing an average of 6.9 °C to the interior; For the module with greenhouse (M2), the mean indoor air temperature was 14.6 °C, contributing an average of 11.5 °C indoors with an average difference of 5.17 °C above M1. The results obtained demonstrate the contribution of the bioclimatic modifications and techniques implemented, such as the case of the attached greenhouse, which are suitable and effective for the High Andean areas due to their solar potential.

Propuesta Tecnológica para la Implementación de una Planta Fotovoltaica de 4.5 Kw_p para la Comunidad Rural Altoandina San Francisco de Raymina, Ayacucho-Perú

RESUMEN El presente documento forma parte de un trabajo de investigación, en donde se estudia la situación energética de la comunidad rural altoandina San Francisco de Raymina, ubicada en la Región Ayacucho a 3798 msnm. Se describe y analiza la situación actual del suministro de energía eléctrica de la localidad. Sobre la base de un diagnóstico situacional, identificando las necesidades (uso y consumo) de energía eléctrica de la población, y una evaluación del potencial energético renovable del lugar, se plantea una solución tecnológica limpia y viable. Particularmente, como la comunidad tiene un suministro de electricidad muy limitado, típico de muchos pueblos similares, insuficiente para el desarrollo de actividades productivas, se propone una instalación fotovoltaica local, a fin de reemplazar el sistema de red convencional y satisfacer la demanda local de manera sustentable.

ABSTRACT This document is part of a research work, where the energetic situation of the rural community San Francisco de Raymina, located in the Ayacucho Region at 3798 masl, is evaluated. The current situation of electric energy supply in the locality is described and analyzed. Based on a situational diagnosis, identifying the needs (use and consumption) of electric energy of the population, and an evaluation of the renewable energy potential of the place, a clean and viable technological solution is proposed. Particularly, as the community has very limited electricity supply, typical for many similar villages, insufficient for the development of productive activities, a local photovoltaic installation is proposed, in order to replace the conventional grid system and to satisfy the local demand in a sustainable way.

Simulación del Consumo Energético para la Calefacción de un Módulo de Vivienda Experimental Ubicado a 4500 Msnm

RESUMEN En el presente trabajo se simula la demanda energética en un módulo de vivienda experimental construido en el poblado de Imata, Perú, ubicado a 4500 msnm. Previo a esto se desarrollaron las mediciones de temperatura y los cálculos energéticos necesarios para validar el modelo de simulación con el programa EnergyPlus. La predicción de la simulación indica que se necesita en un año 3,54 MWh, con un máximo diario de 11 kWh en julio y un mínimo diario de 8,4 kWh en diciembre (promedios mensuales), para mantener una temperatura neutra de 12 °C y 15 °C respectivamente.

ABSTRACT In the present work, the energy demand is simulated for an experimental housing module built in the village of Imata, Peru, located at 4500 masl. Prior, the temperature measurements and the energy calculations necessary to validate the simulation model with the program EnergyPlus were performed. To maintain a neutral temperature of 12 °C in July and 15 °C in December, the simulation indicated that 3,54 MWh are needed yearly, with a daily maximum of 11 kWh in July and a daily minimum of 8,4 kWh in December (monthly averages).

Conductividad Térmica de Compuestos Tipo Sándwich Usados en la Industria de la Construcción

RESUMEN En las últimas décadas los compuestos tipo sándwich han tomado una mayor participación en la industria de la construcción, debido a su bajo costo y propiedades que caracterizan a estos compuestos. Entre las propiedades más importantes de estos resalta la conductividad térmica que se vincula directamente con el confort térmico en una edificación. En la actualidad, el Estado Peruano viene desarrollando proyectos en la lucha contra las heladas y el friaje, donde una de las principales intervenciones se enfoca en la construcción de viviendas sostenibles que brinden protección al poblador alto andino ante las inclemencias del clima. En ese sentido es necesario contar con materiales de construcción apropiados para las condiciones climáticas del lugar, y es ahí donde radica la importancia de esta investigación. En este trabajo se propone el estudio de la conductividad térmica a condiciones de temperatura cercanas a 0 ºC de compuestos tipo sándwich formados a partir de materiales monolíticos más usados en construcción como el drywall, ladrillo, poliestireno expandido, lana de vidrio y lana poliéster. El estudio fue realizado mediante el empleo de un equipo de placa caliente con guarda de doble muestra, construido con los lineamientos establecidos por la norma ASTM C177. Las medidas realizadas de los compuestos tipos sándwich drywall-poliestireno expandido-drywall, drywall-lana de vidrio-drywall, drywall-lana poliéster-drywall, ladrillo-poliestireno expandido-ladrillo, ladrillo-lana de vidrio-ladrillo y ladrillo-lana poliéster-ladrillo, dieron los siguientes resultados 0,0953 W.m-1.ºC-1, 0,0675 W.m-1.ºC-1, 0,0833 W.m-1.ºC-1, 0,0891 W.m-1.ºC-1, 0,0602 W.m-1.ºC-1 y 0,0709 W.m-1.ºC-1, respectivamente.

ABSTRACT In recent decades sandwich composites have taken a greater share in the construction industry, due to their low cost and properties that characterize these composites. Among the most important properties of these, the thermal conductivity stands out, which is directly linked to the individual's thermal comfort in a building. Currently, the Peruvian State has been developing projects in the fight against frost and cold, where one of the main interventions focuses on the construction of sustainable homes that can help the high Andean population cope with the inclement cold. In this sense, it is necessary to have construction materials appropriate for the climatic conditions of the place, and that is where lies the importance of this research. This paper proposes the study of thermal conductivity at temperature conditions close to 0 ºC of sandwich composites formed from monolithic materials most used in construction such as drywall, brick, expanded polystyrene, glass wool and polyester wool. The study was carried out through the use of a guarded hot plate equipment of double sample, built with the guidelines established by the ASTM C177 standard. The measurements made of the composites drywall-expanded polystyrene-drywall, drywall-glass wool-drywall, drywall-polyester wool-drywall, brick-expanded polystyrene-brick, brick-glass wool-brick, brick-polyester wool-brick, gave the following results 0.0953 Wm-1.ºC-1, 0.0675 Wm-1.ºC-1, 0.0833 Wm-1.ºC-1, 0.0891 Wm-1.ºC-1, 0.0602 Wm-1.ºC-1, 0.0709 Wm-1.ºC-1 respectively.

Aprovechamiento del Estiércol de Alpaca e Ichu para la producción de briquetas como fuente de energía calorífica en Arequipa

RESUMEN En este trabajo se realizaron pruebas para determinar el poder calorífico de briquetas de estiércol de alpaca e ichu y aglomerante; la proporción de la mezcla está en 80% de estiércol de alpaca, 18% de ichu, 2% de cal y agua en medida proporcional al estiércol. Los resultados muestran la temperatura máxima que alcanza la briqueta en estudio es 500 °C medido con un termómetro infrarrojo y poder calorífico estimado para estas briquetas 4318,18 cal/g. Por los resultados obtenidos las briquetas resultantes se pueden utilizar como combustible alternativo y económico y además amigable con el medio ambiente. El estiércol de alpaca a 4000 m.s.n.m. no se utiliza como abono para la agricultura en la población de San Antonio de Chuca-Imata.

ABSTRACT In this work, tests were carried out to determine the calorific power of briquettes of alpaca and ichu manure and binder; the proportion of the mixture is 80% alpaca manure, 18% ichu, 2% lime and water in proportion to the manure. The results show the maximum temperature reached by the briquette under study is 500 °C measured with an infrared thermometer and estimated calorific power for these briquettes 4318.18 cal/g. Due to the results obtained, the resulting briquettes can be used as an alternative and economical fuel that is also friendly to the environment. Alpaca manure at 4000 meters above sea level is not used as fertilizer for agriculture in the town of San Antonio de Chuca-Imata.

Acumulador Solar Térmico de placa compacta con material de cambio de fase para Secadores Familiares

RESUMEN En el presente trabajo se ha diseñado un acumulador solar térmico para mejorar la inestabilidad temporal de la energía solar en el secado familiar de productos. La estructura del acumulador se define mediante la simulación térmica en Comsol Multiphysics. El acumulador es modular, de placa compacta rectangular de cobre, cuyas dimensiones determinadas son 30 cm x 20 cm x 3 cm que encapsula 1 kg de parafina como material de cambio de fase. Para mejorar la transferencia de calor desde el material de cambio de fase, debido a la baja conductividad térmica de la parafina, se incorpora aletas internas y/o externas en el acumulador para acelerar el proceso de carga y descarga de la energía térmica. Cuando se incorporan dos unidades del acumulador en la placa colectora de un secador solar de cabina, se logra estabilizar la temperatura del aire que ingresa a la cámara de secado durante el proceso de carga del acumulador y cuando cesa la intervención de la radiación solar, la energía acumulada permite disponer de aire que ingresa a la cámara de secado con una temperatura mayor a 30 oC por un intervalo de 2 h, energía adicional que optimiza el proceso de secado del producto.

ABSTRACT In the present work, a solar thermal accumulator has been designed to improve the temporary instability of solar energy in the family drying of products. The structure of the accumulator is defined by thermal simulation in Comsol Multiphysics. The accumulator is modular, with a compact rectangular copper plate whose dimensions are 30 cm x 20 cm x 3 cm that encapsulates 1 kg of paraffin as phase change material. To improve the heat transfer from the phase change material, due to the low thermal conductivity of the paraffin, internal and / or external fins are incorporated into the accumulator to accelerate the process of charging and discharging the thermal energy. When two accumulator units are incorporated in the collector plate of a cabin solar dryer, the temperature of the air entering the drying chamber is stabilized during the accumulator charging process and when the solar radiation ceases, the accumulated energy allows air to enter the drying chamber with a temperature greater than 30 oC for an interval of 2 h, additional energy that optimizes the product drying process.

Caracterización Térmica-Energética de un Sistema Fotovoltaico de 3,3 Kwp Interconectado a la Red Eléctrica: 2015-2019

RESUMEN Se presenta los resultados térmicos y energéticos obtenidos bajo monitoreo de un sistema solar fotovoltaico de 3,3 KWp interconectado a la red eléctrica de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna (UNJBG), Perú; ubicada a una latitud sur de 17,35°, Longitud 72° O y altura de 525 msnm en el periodo 2015-2019. El sistema genera energía eléctrica a 340 V DC, la cual con un inversor la transforma a 220 VAC, 60 Hz la que se entrega a la red eléctrica de la Ciudad Universitaria. El sistema fotovoltaico está constituido por doce paneles de 275 Wp y 1,65 m2 cada uno, orientados al norte con una inclinación sur de 19,5°, azimut cero e instalado bajo una arquitectura que permite monitorear automáticamente y registrar cada 15 segundos la temperatura del panel, ambiente y la irradiancia solar sobre el plano de los paneles, parámetros eléctricos en voltaje continuo (DC) y alterna (AC), durante un año la data disponible es de 365 archivos de 5760 filas x 16 columnas, caracterizados bajo las condiciones meteorológicas de la ciudad de Tacna. El sistema está conectado a Internet, de modo tal que se puede monitorear y transferir la data desde cualquier lugar que cuente con el recurso. Para el periodo enero 2015 a diciembre 2019, ha generado 25670 KWh de energía eléctrica en voltaje alterno a 220 V, 60 Hz de frecuencia, alcanzando su máxima producción energética mensual entre los meses de octubre a marzo de 542, en tanto que entre abril y setiembre disminuye aun valor mínimo de 228 en junio, representando una diferencia del 42,07%; lo que ha significado para la UNJBG un ahorro por el consumo de energía eléctrica de $ 779 por año. La eficiencia promedio anualizada del sistema es del 13,75%. la temperatura de los módulos en promedio mensual interanual varía entre valores máximos de 42,9 °C y mínimos de 28,6 °C, en tanto que los valores instantáneos máxima superficial del panel de 51,3 °C en enero (verano) y la mínima de 41,8 °C en junio (invierno), para cambios de temperatura ambiental máxima entre de 30,1 y 20,5 °C, respectivamente.

ABSTRACT The thermal and energetic results obtained under monitoring of a 3,3 KWp photovoltaic solar system interconnected to the electrical grid of the Faculty of Sciences of the Jorge Basadre Grohmann National University of Tacna (UNJBG), Peru are presented; located at a southern latitude of 17,35 °, longitude 72 ° W and height of 525 meters above sea level in the period 2015-2019. The system generates electrical energy at 340 V DC, which with an inverter transforms it to 220 VAC, 60 Hz which is delivered to the electricity grid of the University City. The photovoltaic system is made up of twelve panels of 275 Wp and 1,65 m2 each, oriented to the north with a south inclination of 19,5 °, zero azimuth and installed under an architecture that allows the temperature to be automatically monitored and recorded every 15 seconds of the panel, environment and solar irradiance on the plane of the panels, electrical parameters in direct (DC) and alternating (AC) voltage, during one year the data available is 365 files of 5760 rows x 16 columns, characterized under the meteorological conditions of the city of Tacna. The system is connected to the Internet, so that the data can be monitored and transferred from anywhere that has the resource. For the period January 2015 to December 2019, it has generated 25670 KWh of electric energy in alternating voltage at 220 V, 60 Hz frequency, reaching its maximum energy production months between October to march of 542, while between April and September decreased to a minimum value of 228 in June, representing a difference of 42,07%; which has meant for the UNJBG a savings in electrical energy consumption of $ 779 per year. The average annualized efficiency of the system is 13,75%. The temperature of the modules in monthly interannual average varies between maximum values of 42,9 °C and minimum of 28,6° C, while the maximum instantaneous values of the panel surface of 51,3 °C in January (summer) and the minimum of 41,8 °C in June (winter), for maximum environmental temperature changes between 30,1 and 20,5 °C, respectively.