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Estudio de secaderos solares de tipo invernadero con circulación por convección natural
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2005) Sogari Clotilde Noemí; Dr Luis Saravia (Dir.)
Evaluación del potencial energético e intervenciones de mejoramiento del entorno edilicio en áreas urbanas de media y baja consolidación. La ciudad de La Plata como caso de estudio
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2010) Viegas, Graciela Melisa; Dra. Celina Filippín (Dir.); Dr. Elías Rosenfeld (Cidirector); Dra. Silvana Flores Larsen (Codirectora)
Esta Tesis se propone demostrar la factibilidad de una metodología de integración simplificada que permita diagnosticar la potencialidad energética que presentan los entornos urbanos. Consideramos como potencialidad energética a la capacidad del medio físico construido de un área urbana para la optimización y/o incorporación de energías convencionales por nuevas y renovables. Como caso de estudio se toma a la ciudad de La Plata. Las investigaciones precedentes se han focalizado en determinar la potencialidad energética según distintas escalas de intervención (urbana-edilicia-componente) detectándose la falta de integración de los resultados. Ésto deviene en una visión parcial de las potencialidades de la ciudad. Asimismo, en el grupo de trabajo que da marco a esta investigación, se han desarrollado metodologías de diagnóstico urbano-energético-ambiental en aglomeraciones intermedias que determinan el estado de situación de las mismas. En esta Tesis nos proponemos profundizar sobre las potencialidades energéticas de sectores urbanos reducidos para mejorar dicho estado de situación. El aporte de este trabajo se centra en el desarrollo de una metodología de integración de escalas de análisis para determinar el potencial energético urbano, estudiando los diferentes mosaicos urbanos e implementando un uso innovador de las herramientas existentes para trabajar sobre las diferentes escalas, las cuales puedan ser viables para el caso de estudio: SIG, fotografía satelital y aérea, simulaciones estáticas y dinámicas, etc. La posibilidad de determinar sectores con potencialidades de producción y conservación energética diferentes, basados en la clasificación del medio urbano en áreas homogéneas y según su morfología, nos permitirá obtener mapas de acción para la gestión urbana. Asimismo pueden ser utilizados como herramientas para orientar crecimientos urbanos futuros tendientes a una edificación sustentable que considere las distintas dimensiones: social, ambiental y económica. El Capítulo I se divide en dos secciones, A y B. En la Parte A se desarrolla la fundamentación, el planteo de interrogantes y se establecen las hipótesis, objetivos y aportes al conocimiento. A continuación se analiza el estado de conocimiento sobre la relación entre la ciudad, la energía y el ambiente, la potencialidad energética que presenta la ciudad, y el marco necesario para explotar dichas potencialidades. En la parte B se desarrolla la metodología para llevar a cabo los objetivos planteados, sustentada en el análisis a partir de niveles de integración. En el Capítulo II se presenta el análisis de la ciudad, su situación de referencia respecto del consumo energético y el potencial físico, social y ambiental para avanzar en el estudio detallado. Los niveles de análisis involucran a la ciudad y sus áreas homogéneas (N+1). La comprensión de la ciudad parte de considerar a los elementos que la componen: los servicios de infraestructura (redes de gas natural y de electricidad), los servicios públicos (escuelas, hospitales, edificios culturales), los sectores (sector viviendas), la población, el lugar (clima), y la planificación urbana. Y luego clasificar a la ciudad en áreas homogéneas, en función del indicador de consolidación urbana residencial (CUR), el de calidad del sector residencial (CSR) y el de situación económica de la población (SEP). Finalmente y en función de definir la extensión, estimar el consumo-demanda energético (por morfología y datos censales) y la calidad ambiental de cada área, es que se establece la situación de referencia y se seleccionan las posibles áreas de intervención (mosaicos urbanos). En el Capitulo III se expone la selección de sectores denominados mosaicos urbanos (MU), como unidades de análisis en el nivel de integración (Na). La comprensión del MU implica la definición conceptual, el estudio de variables, la clasificación y análisis de herramientas para su procesamiento, la selección de las apropiadas, el estudio de la línea base de consumo energético y la aplicación de medidas de mitigación que posibilitan estimar su potencial energético. En el Capítulo IV se exponen los desarrollos para el nivel de integración (N-1) que involucra los componentes de los MU, las unidades edilicias (UE). De estas unidades edilicias se determinan los tipos de vivienda y edificios públicos, y se seleccionan los representativos, denominados básicos. Sobre estos tipos edilicios básicos se practican auditorias energéticas con el objeto de desarrollar modelos de simulación ajustados a los datos reales medidos. Utilizando los modelos de simulación, se estudian las variaciones de estos tipos básicos en función de la posición en la manzana urbana y las características constructivas. Finalmente se evalúan diferentes medidas de mejoramiento. Se plantean conclusiones parciales. En el Capítulo V se muestran los resultados a partir de los indicadores generados en los Capítulos III y IV, integrados en las áreas urbanas definidas en el Capítulo II: indicadores de potencial energético para sectores característicos por superficie construida, por habitante, por vivienda. Se aplican estos indicadores en áreas urbanas con distorsión socio-energética- ambiental, evaluando el impacto ambiental urbano. También se utilizan para evaluar escenarios de acción futuros y se desarrollan mapas de resultados por áreas. Finalmente se establece la síntesis y consideraciones generales.
Cohomologia de Álgebras de Lie 3-pasos nilpotentes graduadas y la conjetura del rango toral
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2011) Cruz, Mónica Nancy; Dr. Cagliero Leandro Roberto (Dir.); Mag. Aponte de Saravia Dolores Alía (Codirectora)
Dinámica de autómatas celulares
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2014) Alberto Diego Luis; Yazlle Jorge F. (Dir.); Jadur Camilo A. (Codirector)
Caracterización de un deshidratador hibrido en Misiones, incorporación de mejoras para aumentar su eficiencia energética
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2014) Kerkhoff Alejandro Javier; Condorí Miguel (Dir.); Mantulak Mario Jose (Codirector)
El desarrollo del trabajo pretende mejorar la tecnología de los deshidratadores solares híbridos para los productos regionales de la Provincia de Misiones. El trabajo partió del análisis de los parámetros de funcionamiento, como ser temperatura, humedad, flujo de aire, radiación solar, consumo de biomasa y perdida de contenido de humedad; buscando obtener una comprensión del funcionamiento de cada secadero, para construir un nuevo prototipo y mejorar la eficiencia de los mismos. Los estudios se basaron en tres deshidratadores instalados en el departamento de Oberá, con el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) y la Universidad Nacional de Misiones (U.Na.M), de los cuales dos son híbridos. Estos se construyeron en el marco del Proyecto de Desarrollo de Pequeños Productores Agropecuarios (PROINDER), con el proyecto denominado “Tecnología de secado para secadero de hortalizas aromáticas y medicinales cultivadas en Misiones” Código 85- 8500951, en combinación con productores de Oberá. Cuyo fin fue, desarrollar y/o adoptar un sistema de secado sobre la base de fuentes de energías renovables; adaptado a las condiciones específicas de los sistemas productivos y climáticos de la región, apuntando a la sostenibilidad de la pequeña agricultura familiar. De nuestras observaciones, se vio el escaso conocimiento de los productores sobre el proceso de secado de productos, que sin ella, la tecnología no se puede utilizar de manera adecuada en todos los niveles de la cadena de producción. Esto entorpece el secado del producto; afectando a todo el proceso: desde la etapa de preparación del producto, la carga en la cámara de secado, el seguimiento y control del producto durante el secado y la determinación de su peso final seco, hasta su envasado y almacenamiento. Se avanzó posteriormente, con dos nuevos proyectos denominados “Diseño y desarrollo de secaderos solar – biomasa para pequeñas unidades productivas” Res. C.D. Nº 105/2012, y el proyecto llamado “Secaderos solar – biomasa para hortalizas, aromáticas y medicinales”, Proyectos Especiales “Desarrollo Sostenible y Educación” Resolución C.S. Nº001/12 (INTA-U.Na.M). Estos deshidratadores después de su construcción y montaje, fueron utilizados sin determinarlos parámetros de funcionamiento, además, no se caracterizó ningún producto en particular para el secado. Por lo tanto, se empezó con estos dos últimos proyectos a trabajar con los productores, limitándonos a medir los parámetros característicos del deshidratador, sin productos y luego incluyendo productos de la zona. Los productos fueron pesados a lo largo del proceso de secado para cada ensayo, de esta manera, se obtuvo la pérdida de contenido de humedad, que permite evaluar la velocidad del proceso de secado. Se consideró además para el producto a ensayarla accesibilidad, siembra, volumen de producción, la estación en la que se produce, el consumo y la demanda. En base a los análisis de los resultados de los tres prototipos de deshidratadores, se propusieron las mejoras, que posteriormente se introdujeron, a fin de tener mayor y mejor producción, beneficiando al productor. Se priorizó los materiales de la zona, buscando que no se presenten infiltraciones de aire y tener una aislación adecuada de todas las partes que componen el deshidratador. Para el colector se modificaron las dimensiones y se incorporó una placa de policarbonato para mejorar la eficiencia; por otro lado se cambió la disposición del horno de biomasa, dejándolo en la parte inferior de la cámara de secado y se utilizó un acumulador atenuador de calor. Para ayudar a la circulación natural del aire se ubicó sobre la cámara de secado un extractor eólico. Para la inclusión de las mejoras, en un prototipo modelo, diferente a los secadores mencionados anteriormente, se contó con fondos del Proyecto denominado “Cocinar y Secar Alimentos con Energía Solar”, del Programa de Promoción de la Universidad Argentina, Resolución SPU Nº1658, del Proyecto de Extensión de la Facultad de Ingeniería, destinada a la Escuela de Familia Agrícola (EFA) Cristo Rey de los Helechos, Colonia Tamandua. Se verifico la hipótesis en este modelo, a través de los ensayos que, si se puede realizar el secado de productos regionales manteniendo uniforme la temperatura en el interior del deshidratador, con el aporte de energía solar en combinación con biomasa sin contar con el aporte de energía eléctrica y controles automáticos. Los resultados más relevantes obtenidos en relación a las mejoras fueron el tiempo de secado, llegando a reducir el tiempo con el prototipo a 3,5hs; de las 8 y 9,5 horas de los secadores anteriores. El rendimiento del colector solar, con la incorporación del policarbonato alveolar y la placa absorbedora intermedia, alcanzo en promedio diario los 34,3%, mientras que el mejor rendimiento obtenido con los primeros tres secadores fue de 22,1%. La distribución de temperatura en la superficie horizontal de la primera bandeja tiene una diferencia del 10%, no superó los 70ºC, alcanzando los 65º en promedio, y como máximo los 69ºC. Con la metodología seguida en el siguiente trabajo, se planteó un procedimiento claro, para poder evaluar cualquier otro deshidratador bajo la toma de datos en forma sistemática. ABSTRACT The development of this work aims to improve the solar/hybrid dehydrators technology, applied to regional products of Misiones state. This work starts from the analysis of functionality parameters, like temperature, humidity, air flow, solar radiation, biomass consumption and loss of humidity content; seeking to obtain a working comprehension of each drying facility, to build a new prototype and improve their efficiency. These studies were based on three dehydrators of which two of them are of the hybrid type. There were installed on the Obera district, in a common effort between the National Institute of Agricultural Technology (I.N.T.A.), and the National University of Misiones (U.Na.M.). There were built as a part of the Development Project for Small Agricultural Producers (PROINDER) under the project denominated as “Drying technology for a dehydrator ofmedicinal and aromatic vegetables grown in Misiones” Code 85-8500951, in partnership with local producers. With the porpoise of develop and/or adopt a drying system based on renewable energy sources, adapted to the specific conditions of the productive and wheatear systems on this region, aiming to achieve the small family agriculture sustainability. From observation we came to realize the little knowledge of the producers about the drying process of the products, without that knowledge, the technology can’t be used in an adequate manner in all the levels of the production chain. This hinders the drying of the product, affecting the entire process: from the stage of product preparation, the loading of the drying chamber, following and control of the product during the drying process and the final determination of is dry weight, until is packaging and storage. Later on we advance with two new project called “Develop and design of solar-biomass driers for small productive units” Res.C.D. Nº 105/2012, and the project call “Solar-biomass driers for medicinal and aromatic vegetables”, Special Project “Sustainable Development and Education” C.S. Nº001/12 (INTA-U.Na.M) resolution. After their built and assembly this driers were used without undetermined functional parameters, also, no particular product was characterized for the drying process. Therefore, we star to work with the producers in these two projects, limiting ourselves to measure the characteristic parameters of the dehydrator without the product, and then placing regional products inside the drier. The products where weighted along the drying process for each test, this way; we obtained the loss of humidity content, which allowedus to evaluate the velocity of the drying process. Also considering for the tested product is attainability, seeding, production volume, season of production, product consumption, and demand. Based on the analysis results of the three dehydrator prototype, some improvements were proposed, an applied later on, to obtain a bigger and better production, benefiting the producer. We give priority to local materials, seeking to prevent air infiltration and obtain an adequate isolation for all the components of the dehydrator. For the collector the dimension were modify and a polycarbonate plate was added to improve the efficiency, on the other hand we switch the layout of the biomass oven, placing here in the lower part of the drying chamber and a heat accumulator attenuator was used. To obtain a better air flow, an eolic exhaust was placed over the drying chamber. For the inclusion of the reforms in a prototype model, different that in the case of previous driers, we were counting whit funding of the project call “Cooking and Drying Food whit Solar Energy”, from the Program of Promotion Of The Argentina University, SPU Nº1658 resolution, of the extension program of the Engineering Faculty, destine to the Agricultural Family School (EFA) Cristo Rey de Los Helechos, Colonia Tamandua. The hypothesis was verified in this model trough the tests, that we can perform the drying of regional product keeping an uniform temperature inside the dehydrator, whit the contribution of solar energy in combination with biomass, without taking in account the contribution of electrical energy and automatic controls. The most important result obtain in relation with the improves was the drying time, reaching with the prototype a time reduction close to 3,5 h, of the 8 to 9,5 hours of the previous drying process. The solar collector efficiency, with the addition of alveolar polycarbonate and a absorbent middle plate, reach a daily average of 34,4%, meanwhile the performance obtain whit the 3 previous driers was 22,1%.the distribution of temperature in the horizontal surface of the first tray as a difference of 10%, not going over 70°C, reaching an average of 65°C, and a maximum of 69%. The methodology follow in the present work propose a clear procedure, to evaluate any other dehydrator with the intake of data in a systematic mater.
Potencial de producción de biogas en tambos vacunos de la pampa húmeda argentina
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2015) Barlatey María Alejandra; Dra. Manrique Silvana (Dir.); Téc. Budzinski Stefan (Codirector)
El incremento de la cantidad de efluentes generados por la intensificación de los sistemas lecheros en la pampa húmeda argentina, es hasta ahora un problema por sus efectos negativos sobre el medio ambiente. Los productores ven a dichos efluentes como desperdicios derivados del proceso de ordeñe y los acumulan en fosas, donde es posible que rebalsen a cursos naturales de agua o comiencen a acumularse en grandes lagunas en las proximidades de los tambos, provocando contaminación de agua, suelo, malos olores y atracción de insectos. En el caso de la provincia de Santa Fe, una de las tres principales productoras lecheras, este problema ha cobrado gran importancia. La posibilidad de replantear el manejo de los tambos con una gestión integral de los residuos generados en el mismo, dependerá de que dicha gestión no solo sea factible técnicamente, sino que también resulte rentable económicamente para el productor. El componente clave de esta nueva gestión es el obtener energía (biogás) y material fertilizante (biosólido) a partir de procesos de digestión anaeróbica de los residuos ganaderos generados. El objetivo de este trabajo fue analizar el potencial de producción de biogás en tambos vacunos de la provincia de Santa Fe, considerando las tres principales escalas productivas existentes (50-100 vacas; 101-500 vacas y 501 en adelante), y proponiendo un diseño técnico que resultara superador de algunas experiencias existentes en la pampa húmeda argentina. Para esto, luego de un profundo análisis, se realizó una propuesta de diseño técnico del sistema de biodigestión que sería eficiente para la zona, y se dimensionó en todos sus componentes para cada una de las tres escalas. Interesó comparar para cada una de ellas la generación de biomasa posible de ser convertida en biogás, las condiciones de operación de los tambos y la necesidad de estructuras complementarias. También se cuantificó la posible generación de biosólido como material fertilizante de suelos. Se evaluó el impacto ambiental del aprovechamiento del estiércol mediante biodigestión (reducción de gases efecto invernadero y sustitución de combustibles fósiles en el sistema) y se compararon las tres escalas a fin de evaluar para cuál de ellas el aprovechamiento del biogás posible de obtenerse, no solo sería ambientalmente ventajoso sino también, económica y financieramente. Metodológicamente, el estudio se encaró mediante una estrategia de investigación basada en estudio de casos. Se seleccionó un caso para cada una de las tres escalas productivas más frecuentes, a fin de dar cuenta de las complejidades presentes y poder obtener información precisa para cada una de las mismas. El propósito perseguido en este estudio fue proponer soluciones técnicas para los tambos vacunos de la pampa húmeda argentina, que permitan el adecuado tratamiento de los residuos pecuarios producidos, a la par que se genera energía renovable, se propende a la mitigación de los impactos ambientales negativos (depuración de efluentes, reducción de GEI) y se optimiza el balance socio-ambiental y económico de los mismos. El diseño técnico propuesto resulta ser una planta de biodigestión anaeróbica húmeda que opere en régimen continuo en dos etapas (pre-fermentador y biodigestor tipo CSTR mezcla completa, calefaccionado y aislado), cuente con una buena agitación en ambos equipos y mantenga el TRH de diseño en 60 días, a fin de incrementar la eficiencia del sistema. Se comprueba que si el porcentaje de sólidos totales en la carga se incrementa hasta alcanzar una relación más óptima (aprox. 80% de estiércoles y 20% de ensilados) para igual dimensión de planta, la producción de biogás será mayor. Comparativamente entre las 3 escalas evaluadas se pudo verificar que, a mayor escala productiva, menor es el costo por Nm3 de biogás generado, cuando se comparó la inversión total para cada planta de biodigestión anaeróbica con su potencial de generación de biogás. Además, si en cada una de ellas todo el biogás disponible se empleara solo para usos térmicos, se podría cubrir el 1.800%, 2.000% y 5.300% de la demanda térmica (GLP) total anual de cada tambo; mientras que si se empleara solo con fines eléctricos, el biogás disponible permitiría la sustitución del 115%, 77% y 84% de la demanda eléctrica anual de cada establecimiento. Como sub-producto de la planta, se podría obtener un total de 315, 892 y 10.290 toneladas de fertilizante orgánico por año respectivamente por cada establecimiento y así se evitarían liberar al ambiente entre un 58 y 100% de las emisiones de GEI actuales por correcta gestión y utilización de los residuos orgánicos. Las ventajas ambientales son evidentes. Sin embargo, para un horizonte de planificación de 15 años y flujo de caja constante, considerando solo la venta de toda la energía térmica y el fertilizante orgánico; la implementación de una planta de biodigestión anaeróbica para el tratamiento de sus residuos pecuarios no resulta ser rentable para ninguna de las tres escalas evaluadas. Si adicional, se considera la venta de bonos de carbono, entonces el proyecto resulta rentable económicamente para el Tambo 3. Por tanto, para fortalecer el sector se requiere crear instrumentos jurídicos, financieros y regulación que permita la generación de energía térmica y/o eléctrica a partir de fuentes renovables a diferentes escalas; como el desarrollo de mecanismos de incentivos para la generación distribuida.
Análisis de medidas de eficiencia energética y energías renovables en el sector residencial
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2015) Chévez Pedro Joaquim; Irene Martini (Dir.)
La implementación de medidas de eficiencia energética e incorporación de energías renovablesen el ámbito residencial ha tomado un papel importante en la agenda de muchos países. Desdela crisis del petróleo de 1973 cuando la OPEP decidió aumentar el precio del petróleo de usd2,47 a más de usd 30, los países centrales de la OCDE dependientes de importaciones de esteenergético debieron reducir sus consumos sin disminuir la calidad de vida de sus habitantes nialterar la producción industrial, por tales motivos debieron explotar sus yacimientos que hastaese entonces no eran rentables, como así también buscar fuentes energéticas sustitutas eimplementar medidas tendientes a incrementar la eficiencia en los usos finales (Rosenfeld,2008). Según la Agencia Internacional de Energía (IEA, 2008) el consumo energético mundialhubiera sido un 56% mayor que el actual de no haberse adoptado políticas de uso eficienteluego del shock petrolero.
Caracteres del álgebra exterior de las representaciones irreducibles de sl(2,C) y la homología de extensiones abelianas de la subálgebra de Borel de sl(2,C)
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2015) Canterle, Elda Graciela; Dr. Cagliero Leandro Roberto (Dir.); Mag. Aponte de Saravia Dolores Alía (Codirectora)
Estudio del recurso solar en la provincia de Entre Ríos (Argentina). Aplicaciones prácticas para regiones rurales
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2015) Alcain Alberto Manuel; Dr. Salazar Germán (Dir.) Dr. Aguirre César (Codirector)
El presente trabajo de Tesis tuvo como objetivo fundamental elaborar un mapa del recurso solar con los valores medios diarios promedio mensual de la irradiación solar global en kWh/m², para el territorio de la provincia de Entre Ríos a través de bases de datos de las mediciones directas de 16 estaciones meteorológicas ubicadas en los ciudades de Basavilbaso, Concepción del Uruguay, Crespo, Diamante, Feliciano, Galarza, Larroque, Nogoyá, Paraná, Sauce de Luna, Urdinarrain, Villa Urquiza, Viale, Victoria, Villa Paranacito y Villaguay de la provincia, y se estimaron datos faltantes usando el modelo CSR (Climatological Solar Radiation model [1] y bases de datos satelitales SWERA (Solar and Wind Energy Resource Assessment) [2].Se evaluaron las posibles aplicaciones que tendrían los sistemas térmicos, en particular calefones solares para calentamiento de agua y sistemas fotovoltaicos aislados, en las zonas rurales de la provincia, así como la manera de complementar estos sistemas básicos cuando no satisfagan los requisitos mínimos en cuanto a temperatura y en los sistemas fotovoltaicos con acumulación , la tensión y corriente alterna necesaria para alimentar las demandas requeridas de una vivienda rural (iluminación, televisión, licuadora, heladera, lavarropas, microondas y freezer)
Diseño de mapas de radiación solar para la zona norte de Chile. Comparación de la base de datos satelital SWERA con datos medidos en la región de estudio.
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016) Checura Díaz, Miguel Straty; Dr. Salazar Germán A. (Dir.)
Proyecto e implementación experimental de un convertidor cc-cc para paneles fotovoltaicos
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016) Fernández Guillermo Alfredo; Dr. Botterón Fernando - U.Na.M. (Die.); Dra. Esteban Ester Sonia (Codirector)
Esta tesis presenta el diseño y la implementación de un convertidor CC-CC elevador de tensión, apto para ser conectado a un convertidor CC-CA y conformar así, un inversor de dos estapas aplicable a sistemas fotovoltaicos. En el diseño del convertidor propuesto se abordan aspectos relacionados a la construcción y selección de los componentes de su circuito y a la determinación de la técnica de modulación de sus llaves electrónicas y de la estrategia de control requerida para mantener controlada su tensión de salida. Como resultado del diseño se obtiene un convertidor CC-CC full bridge de 3 kW, que opera con modulación phase shift y posee un sistema de control digital en el cual se implementaron dos estrategias de control diferentes para verificar el desempeño de la respuesta temporal de su tensión de salida. Las estrategias de control fueron diseñadas a través de los modelos en función de transferencia y en espacio de estado del convertidor. Con el primer modelo se diseñó un controlador proporcional-integral-derivativo y con el segundo, un controlador por realimentación de estados e integrador. Para comprobar el funcionamiento del convertidor CC-CC operando en lazo cerrado se efectuaron distintas simulaciones a los efectos de verificar el diseño de los componentes del convertidor, su modelo dinámico y las estrategias de control mencionadas. Luego, se construyó un prototipo con el cual fueron realizados los ensayos de operación a lazo cerrado con carga constante y variación de carga, como así también la interconexión del convertidor propuesto a un convertidor CC-CA monofásico para conformar el inversor de dos etapas. En este último caso, los ensayos fueron efectuados con el inversor alimentando una carga lineal y otra no lineal, para comprobar el comportamiento de las tensiones y corrientes de salida y de entrada del convertidor CC-CC siendo este energizado a través de un banco de baterías. Los resultados de las simulaciones y de los ensayos experimentales mostrados en este trabajo, permiten apreciar el muy buen desempeño en régimen transitorio y permanente del convertidor CC-CC propuesto, validando el diseño de su circuito, el modelo dinámico y el de los controladores implementados. Por otra parte, teniéndose en cuenta la aplicación específica de este sistema, la conexión en cascada con el convertidor CC-CA monofásico operando con carga lineal y no lineal, ha demostrado que el convertidor propuesto en este trabajo, opera adecuadamente manteniendo una tensión de salida constante, con ondulación despreciable y un buen rechazo a perturbaciones de la carga y a variaciones de la tensión de entrada.
Análisis de la influencia en la operación de secado de almidón de mandioca (manihot esculenta crantz) en un secadero solar por convección de aire caliente en la calidad del producto terminado
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016) Restrepo Sáenz Liliana; Sogari Noemí (Dir.); Franco Judith (Codirectora); Brusso Arturo (Codirector)
Con el fin de profundizar en el conocimiento que se tiene hasta ahora en el proceso de secado de almidón de mandioca en la región del nordeste argentino y así contribuir en mejorar esta operación, en este trabajo se muestran los resultados obtenidos a partir de la construcción de un secadero solar por convección forzada de aire caliente, la puesta a punto del equipo y su correspondiente análisis energético y los resultados de ensayos de secado de este producto tanto en el laboratorio como en el equipo construido. El almidón de mandioca se elaboró siguiendo el procedimiento artesanal realizado por pequeños productores de la zona y se secó, variando la densidad de carga y la temperatura de secado, tanto en una estufa que simula las condiciones de un secadero como en el secadero construido en la facultad. Se obtuvieron las curvas de secado para cada uno de los ensayos realizados. Al producto obtenido se le realizaron análisis fisicoquímicos de cenizas, ácido cianhídrico, contenido de almidón, pH, acidez y color. Adicionalmente, se reúnen una serie de recomendaciones de buenas prácticas de manufactura para tener en cuenta durante el proceso de secado del producto. ABSTRACT In order to deepen the knowledge, we have so far in the drying process of cassava starch in the region of ortheastern Argentina and contribute to improve this operation, in this paper we show the results obtained from the construction of one forced convection solar dryer, the set-up of equipment, the related energy analysis and test results for this product dried in the laboratory and in the prototype as well. Cassava starch was made following the procedure carried out by small artisan producers in the area and dried, varying the charge density and the drying temperature, both in an oven to simulate the conditions of a dryer as in the dryer built. Power and drying curves were obtained for each of the tests performed. The product obtained was physicochemical analyzed. Ash, hydrogen cyanide, starch content, pH, acidity, and color were measured. Additionally, were gathered a number of recommendations for good manufacturing practices to keep in mind during the process of drying.
Regulación de potencia en turbinas eólicas mediante técnicas de control predictivo
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016) Munnemann Alejandro Federico; Fernández Roberto Daniel (Dir.); Tilca Fernando Florentín (Codirector)
La presente tesis tiene como objeto realizar aportes en el área de la energía eólica, específicamente orientados al control de paso de palas de los aerogeneradores modernos para asegurar la calidad de los parámetros eléctricos de generación y manteniendo en rangos seguros de operación las cargas mecánicas que deben soportar las turbinas de elevada potencia. En este sentido, se propone el diseño de un controlador empleando la técnica de control predictivo basado en modelo (MPC). El objetivo del mismo es regular la potencia eólica de una turbina por control del ángulo de paso de palas, limitándola a su valor nominal de diseño cuando existe un exceso de velocidad de viento. Este modo de regulación es en la actualidad el más empleado en los aerogeneradores comerciales de eje horizontal independientemente del tipo de generador eléctrico involucrado. En este trabajo se utiliza como máquina de referencia a un aerogenerador en su configuración más simple, esto es con turbina de paso variable y velocidad fija, directamente acoplado a la red a través de un generador de inducción tipo jaula de ardilla (SCIG). No obstante ello, la estrategia de control MPC aquí estudiada puede incluirse como parte de la estrategia general para el resto de los aerogeneradores con capacidad de modificar la posición de las palas, conocidos como de “velocidad variable” equipados con generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG) o generadores sincrónicos multipolares. En el Capítulo 1 se describen las principales características del viento como fuente de energía primaria y se desarrollan de forma abreviada las teorías básicas que cuantifican la energía máxima aprovechable y su conversión en energía mecánica útil por efecto de las fuerzas aerodinámicas que intervienen en el rotor eólico. Puesto que el controlador MPC utiliza el conocimiento del sistema para predecir la evolución de la salida, en el Capítulo 2 se desarrolla un modelo matemático simplificado del aerogenerador con el objetivo de inferir el comportamiento dinámico de sus componentes a partir de la condición nominal de operación frente a cambios en las posibles entradas de control y perturbaciones. En el Capítulo 3 se estudian las distintas formas de modificar la condición de operación de los aerogeneradores mediante la manipulación de las entradas disponibles (ángulo de paso de palas y velocidad sincrónica del generador). Luego se describen sintéticamente las estrategias de control más empleadas para distintas condiciones de viento. El Capítulo 4 está dedicado íntegramente a los fundamentos del control predictivo basado en modelos (MPC). Se describen cualitativamente sus características principales, bloques constitutivos y estrategia para la obtención de las acciones de control óptimas. Posteriormente se desarrolla la formulación matemática básica resumida en sus tres componentes fundamentales: el modelo predictor, la función de performance y la solución al problema de optimización. En el Capítulo 5 se define numéricamente el modelo del aerogenerador linealizado alrededor del punto de operación nominal. A continuación se simulan y analizan las respuestas temporales en ausencia de control. Estas “características transitorias” a “lazo abierto” sirven de base para la elección inicial de los parámetros del controlador. En la etapa de diseño se incorporan las restricciones del sistema a controlar, en particular las referidas al servomecanismo actuador de las palas, esto es los valores limites de ángulo de paso y las velocidades máximas de rotación. Los coeficientes de la función de optimización se sintonizan para obtener un comportamiento que priorice la rapidez del actuador de paso de palas pero sin sobrepasar su máxima capacidad de respuesta. Por último se presenta el lazo de control propuesto con el objetivo de limitar la potencia manteniendo la velocidad de giro nominal en el eje del generador. Finalmente en el Capitulo 6 se presentan distintos escenarios con los resultados de simulación en lazo cerrado bajo la consigna de mantener la condición de operación lo más cercana posible a sus valores nominales ante el ingreso de perturbaciones. Se evalúa el desempeño del control frente a variaciones en la velocidad de viento y de la tensión en la red eléctrica. Se realiza un análisis comparativo entre el controlador predictivo MPC y el clásico PID utilizado en muchos aerogeneradores actuales haciendo hincapié en la capacidad del primero para tener en cuenta de antemano las restricciones mencionadas. Asimismo se evalúan los resultados obtenidos al incorporar en el diseño original del MPC la capacidad de acción anticipativa cuando se tiene posibilidad de medir dichas perturbaciones. En el último escenario se evalúa el control propuesto tomando como base un registro anemométrico real al que se le agrega no solamente el cambio de velocidad de viento con la altura sino también un perfil de turbulencia especifico. Este viento efectivo sumado al efecto de sombra de la torre da lugar a variaciones de par similares a las medidas experimentalmente, las cuales se transmiten desde la turbina al generador. Abstract This thesis aims to make contributions in the area of wind energy, specifically oriented to blade pitch control of modern wind turbines in order to ensure the quality of the electrical generation parameters while keeping mechanical loads in secure operating range. In this regard, the design of a controller using the technique of model predictive control (MPC) is proposed. The objective is to regulate the power of a wind turbine by control of blades pitch angles, limiting to its nominal design value when there is an excess of the primary source in terms of the nominal wind speed. This type of control is currently the most widely used in commercial horizontal axis wind turbines regardless of the type of electrical generator involved. The simplest configuration of wind turbine is used as a reference machine in the present paper work, that is, variable pitch angle blades and fixed speed, directly coupled to the network via a squirrel cage induction generator (SCIG). However the studied MPC control strategy can also be extended to variable pitch turbines equipped with doubly fed induction generators (DFIG) or multi-pole synchronous generators. Chapter 1 describes the characteristics of the wind as a primary energy source and develops in abbreviated way the basic theories that quantify the maximum usable energy and its conversion into useful mechanical energy as a result of the aerodynamic forces involved in the wind rotor. Since the MPC controller uses the knowledge of the system to predict the evolution of the output, Chapter 2 develops a simplified mathematical wind turbine model in order to infer the dynamic behavior of its components from the nominal operating condition against possible changes in control inputs and disturbances. Chapter 3 study different ways to modify the operating condition of the turbines by manipulating the available inputs (blade pitch angle and the synchronous generator speed) .Then it describes briefly the most commonly used control strategies for different wind conditions. Chapter 4 is entirely devoted to the basics of model-based predictive control (MPC). It describes qualitatively its main features, building blocks and the strategy for obtaining optimal control actions. Later develops the basic mathematical formulation summarized in three fundamental components: The predictor model, the performance or cost function and the optimization problem solution. Chapter 5 numerically defines the linearized model turbine around the nominal operating point. Then it simulates and analyzes the temporal responses in absence of control. These open-loop transitory characteristics are the basis for the initial choice of the MPC controller parameters. The design phase incorporates the restrictions of control system, in particular those of the servo actuator of the blades, this is, the limit values of angle and velocity rotation. The coefficients of the optimization function are tuned for a behavior that prioritizes the speed of the blade pitch actuator without exceeding its responsiveness. Finally presents the proposed control closed loop in order to limit the nominal power by keeping the rated speed of the generator shaft. Finally Chapter 6 presents different simulation results of the proposed control against incoming disturbances under the premise of maintaining the operating condition as close as possible to their nominal values. The control performance is evaluated against variations of both wind speed and electrical grid voltage. Later a comparative analysis of classic PID and predictive MPC controllers is performed emphasizing the ability of MPC to take into account beforehand the mentioned restrictions. Also it is incorporated in the MPC design a feedforward (proactive) action taking into account the possibility of measuring wind and voltage disturbances. In the last scenario the proposed control is evaluated taking into account a real anemometer record to which is added not only the change in wind speed with height (wind-shear) but also a specific profile of turbulence. This effective wind combined with the tower shadow effect results in torque variations similar to those experimentally measured, which are transmitted from the turbine to the generator.
Estudio experimental y modelización de un secador solar pasivo
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016) Mealla Sánchez Luis Enrique; Condorí Miguel Ángel (Dir.)
Mejoramiento de los Niveles de Tensión y Potencia Disponible en Sistema Eléctrico de la Provincia de Santiago del Estero con Planta de Generación Fotovoltaica
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2016-04) Bruna, Adrián D.; Cadena, Carlos (Dir.); Hoyos, Daniel (Codirector)
El sistema eléctrico provincial de Santiago del Estero es muy extenso. Consta de tres líneas eléctricas de 132 kV que ingresan a la provincia provenientes de la provincia de Tucumán y una cuarta línea de reciente puesta en funcionamiento proveniente de la localidad de Monte Quemado. Además consta de generación consistente de turbina de gas, generación diesel e hidráulica. Este esquema eléctrico que se caracteriza por tener líneas largas, presenta el inconveniente de que en época de verano (máxima demanda de potencia) los niveles de tensión están fuera de banda permitida (mala calidad de producto técnico) en las localidades mas alejadas de la generación. El presente trabajo muestra el impacto positivo de la instalación de una planta fotovoltaica de 10 MWp de potencia en Añatuya, en el sudeste de la provincia de Santiago del Estero. La misma ocupará una superficie de 13 hectáreas. Acarreará el mejoramiento de los niveles de tensión (producto técnico), aumento de potencia disponible, disminución de multas por mala calidad del producto técnico e incremento de energía renovable en matriz energética provincial. Estos son alguno de los beneficios de la implantación de la planta fotovoltaica. Se pretende potenciar el aprovechamiento de recursos renovables de la zona para la producción de una energía limpia que ayude a la disminución de la generación de energía por las actuales fuentes convencionales contaminantes.
Estudio del aprovechamiento de sorgo fibroso como combustible para producir energía eléctrica en la industria azucarera de Tucumán
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2017) Cruz Marta Carolina; Dra. Paz Dora (Dir.); Dra. Lesino Graciela (Codirectora)
Ante la necesidad de disminuir el consumo de gas natural de un ingenio ubicado en la localidad de Leales en el periodo de interzafra, donde solo funciona la refinería de azúcar y la destilería de alcohol; se realizó un estudio para reemplazar este combustible fósil por un nuevo combustible renovable: sorgo fibroso. Para ello se realizó la caracterización físico-química y energética del mismo. Se determinaron las áreas potenciales de inserción de este nuevo combustible renovable y se expuso la situación actual de un ingenio que consume 90.000 Nm3 de gas natural por día durante la interzafra. Para el análisis se postularon tres casos: el caso base con sorgo, que implica utilizar un combustible mezcla formado por 30% de sorgo fibroso + 70% de bagazo de caña de azúcar; el Caso 1 que utiliza solo sorgo fibroso y supone el cambio de los equipos de generación de energía (caldera + turbo generador existentes) por una caldera especial de biomasa de mayor eficiencia y un turbo generador de extracción - contrapresión; y por último el Caso 2 donde se cambia el turbo generador de extracción - contrapresión utilizado en el caso 1, por uno de extracción-condensación utilizando toda la biomasa potencial de sorgo fibroso. Se determinó el balance energético de este nuevo biocombustible y se analizaron los aspectos ambientales vinculados a la propuesta del Caso base. Los valores de las propiedades físico químicas y energéticas obtenidos resultaron adecuados para su uso como combustible. Se determinó que se dispone de un potencial de 24.700,8 hectáreas de sorgo fibroso. El caso base con sorgo necesita de 391,6 t/día de combustible mezcla para reemplazar el gas natural lo que conlleva a disponer de 45.490 toneladas de sorgo fibroso. El Caso 1 produjo 2,64 MW de energía eléctrica, logrando un excedente de 1,07 MW, requiriendo para ello 87.031 toneladas de sorgo. El caso 2 produjo 40,41 MW de energía eléctrica, logrando un excedente de 38,84 MW, utilizando toda la biomasa potencial de sorgo que equivale a 1.148.585 toneladas de sorgo. El balance energético resulto positivo, es decir que la energía producida es 30,3 veces mayor que la insumida en los procesos de industrialización del sorgo. El Análisis de Impacto Ambiental para el caso base con sorgo determinó un importante impacto positivo en la mayoría de los aspectos ambientales considerados, principalmente en los factores socio-económicos. ABSTRACT A study was carried out to replace a fuel fosil for a new renewable fuel: fibrous sorghum in a sugar factory located in the town of Leales in the off season period when only operate the sugar refinery and the alcohol distillery. For this purpose, a physical-chemical and energetic characterization of the fibrous sorghum was carried out. Potential areas of insertion of this new renewable fuel were determined and the current situation of a factory that consumes 90,000 Nm3 of natural gas per day in the off season period was exposed. There were proposed three cases on this analysis three cases were postulated: the base case with sorghum, which involves the use of a mixture fuel of 30% of sorghum fibrous + 70% of sugar cane bagasse; Case 1 that uses only fibrous sorghum and involves the change of the energy generation equipment (existing boiler + turbo generator) for special biomass boiler whit bigger efficiency and a back pressure/extracting turbo generator; and finally case 2, where the back pressure/extracting turbo generator is changed for a condensing-extracting turbo generator , using all potential biomass of fibrous sorghum. Also determinate energy balance and an were analized aspects was carry out on the execution of the base case with sorghum. The values of the physicochemical and energetic properties obtained showed that sorghum can be suitable as fuel. A potential of 24,700.8 hectares of fibrous sorghum were determined. The base case requires 391.6 t / day of blended fuel to replace natural gas, so it is necessary to harvest 45,551 tons of fibrous sorghum. Case 1 produced 2.64 MW of electric power achieving a surplus of 1.06 MW, then it is necessary to harvest requiring 87,031 tons of sorghum. Case 2 produced 40.41 MW of electrical power, achieving a surplus of 38.84 MW, using all the potential biomass of sorghum that corresponds to 1,485,858 tons of sorghum. The energy produced is 30.3 times bigger than that consumed in the processes of industrialization of sorghum and the energy balance was positive. The Environmental Impact Study shows will have an important positive impact in most of the environmental aspects considered specially in socio-economic factors.
Análisis y evaluación de parámetros que influyen en la determinación de la tensión de trabajo de sistemas fotovoltaicos
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2017) Fernández Rubén Angel; Dr. Cadena Carlos A. (Dir.); Dr. Busso Arturo J. (Codirector)
El presente trabajo pretende mejorar la eficiencia económica y técnica de las instalaciones fotovoltaicas aisladas, contribuyendo asimismo, a la mejor comprensión del funcionamiento y a la diseminación de estos sistemas que pueden ser instalados en viviendas, en lugares eléctricamente aislados, de pequeño tamaño, en el entorno de 1 a 1600 W. En primer lugar, se presentan una serie de aportaciones de carácter técnico, encaminadas al uso eficiente de una herramienta de dimensionamiento y evaluación económica de sistemas fotovoltaicos aislados de diferentes características técnicas y escalables en potencia de consumo previsto. Se dimensionaron un total de 37 sistemas de diferentes características eléctricas y nivel de potencia creciente, que permiten evaluar los sistemas en el rango de potencias previamente elegido tanto técnica como económicamente. Con los índices porcentuales de costo, por componente de cada instalación, se evaluaron las características eléctricas más convenientes, combinando así, ambos aspectos, para poder determinar la instalación óptima económica y técnicamente más conveniente de acuerdo al nivel de potencia de consumo previsto. Posteriormente mediante el uso de un simulador de circuitos existente, como es el software PVsyst, se comprueba el correcto dimensionamiento de cada uno de los sistemas elegidos, como los que permiten el mejor aprovechamiento eléctrico y económico, a los efectos de comprobar su funcionamiento adecuado a las características impuestas en el dimensionamiento. Finalmente, mediante la comprobación experimental a través de tres sistemas fotovoltaicos aislados implementados, se comprobó los resultados obtenidos en forma teórica y por simulación, verificando los mismos.
Construcción de escenarios urbano-energéticos a partir de la implementación de estrategias de eficiencia energética y energías renovables en el sector residencial
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2017) Chévez Pedro Joaquim
La presente tesis aborda la construcción de escenarios urbano-energéticos a partir de la implementación de estrategias de eficiencia energética y energías renovables en el sector residencial. A modo de definición inicial, se puede afirmar que los escenarios son estudios analítico-empíricos que pretenden establecer futuros posibles, probables o deseables, los cuales se construyen a partir de hipótesis basadas en observaciones y diagnósticos consistentes de un sistema bajo análisis, en este caso, de un sistema urbano-energético. En este sentido, la energía es un bien estratégico fundamental para el desarrollo socioeconómico de cualquier país, sin embargo, tanto a nivel mundial como nacional, su consumo y abastecimiento presentan una situación compleja ocasionada por la fuerte dependencia de los combustibles fósiles. Esto genera inconvenientes asociados a la volatilidad de sus precios y su consecuente impacto sobre la economía, a la vez que se generan tensiones geopolíticas permanentes por el control de los recursos, no hay certezas sobre los niveles de reservas futuras y, al mismo tiempo, sí existe un consenso generalizado en señalar la necesidad de reducir los niveles de emisiones de gases de efecto invernadero, ocasionados en gran medida por la transformación de la energía, para limitar los efectos del cambio climático. Por lo tanto, se presenta un escenario donde es ineludible replantear dicha dependencia y, en esta dirección, acciones como el mejoramiento de la eficiencia energética de los usos finales y la transición energética hacia matrices que incorporen fuentes no convencionales son las alternativas que podrían dar respuesta, al menos parcial, al mencionado problema. Asimismo, se está comenzando a manifestar una tendencia incipiente donde se observa que las ciudades han empezado a asumir la responsabilidad en dicha materia, impulsando programas de inserción de energías renovables a escala urbana o promoviendo mejoras en la eficiencia energética tanto de los edificios nuevos como de los existentes, entre otras acciones. En esta dirección, los escenarios urbano-energéticos se posicionan como un instrumento de vital importancia para la evaluación y formulación de políticas energéticas, tanto para la demanda como para la oferta, siendo posible gestionar, desde una óptica integrada y de largo plazo, las interacciones entre los principales vectores energéticos y los sectores que estructuran este consumo. El objetivo principal que persigue la presente tesis es definir, analizar y evaluar escenarios urbano-energéticos para el sector residencial, considerando la demanda y la oferta de energía a escala urbana. Los mismos se orientan a la detección y estudio de los efectos potenciales originados por la implementación de medidas de eficiencia energética (EE) y la inserción de energías renovables (ER), considerando los aspectos críticos y las oportunidades que presentan los distintos sectores urbanos. Dicho objetivo tiene como fin mejorar los patrones de consumo, la habitabilidad y la calidad de vida de la población y, para su desarrollo, se utiliza a la ciudad de La Plata como caso de estudio. En este sentido, a su vez, se pretende construir una metodología replicable, adaptable y mejorable para que sea utilizada por otros casos de estudio. En base a dichos objetivos, se han estructurado los capítulos, cuyos contenidos se detallan a continuación: En el Capítulo 1 se exponen las principales problemáticas que fundamentan la presente investigación. Se enuncian las hipótesis que intentan dar respuesta a dichas problemáticas y los objetivos generales y particulares que permitirán su ratificación/rectificación. A su vez, se analizan antecedentes en la temática, para lo cual se revisa la bibliografía referente a la modelización de sistemas energéticos y de sistemas aplicados a otras disciplinas (económicos, ambientales, sociales, etc.). A su vez, se plantean conceptos teóricos fundamentales con el objeto de unificar la terminología utilizada y definir el alcance de nociones tales como: escenarios, prospectiva y planificación energética. Finalmente, se establece el método de abordaje de la investigación, donde se define el objeto de estudio y se adopta el criterio para la determinación de sus niveles de análisis y escalas de trabajo, partiendo del nivel global (ciudad -N+2-; sector residencial -N+1-), pasando por el sectorial (áreas homogéneas urbano-energéticas residenciales -Na-), hasta llegar al detallado (Mosaicos Urbanos -N-1-; viviendas -N-2-). En el Capítulo 2 se describe la metodología para la construcción del “año base”, el cual es un componente fundamental para la posterior construcción de los escenarios, puesto que establece el punto de partida tanto para el escenario “tendencial”, donde se mantienen las trayectorias naturales, como para el escenario “eficiente”, donde se ensayan diferentes medidas de mejoramiento. Para ello, se expone, inicialmente, el método general de abordaje, donde se utilizan los niveles de análisis propuestos en el capítulo previo y se describe el proceso de relevamiento e integración de la información donde se logran caracterizar áreas homogéneas urbano-energéticas residenciales y, a partir de éstas, a la totalidad de la ciudad. En función de ello, luego, se presentan los diferentes métodos y técnicas utilizados en cada nivel de análisis para que la metodología pueda ser adoptada, replicada y/o mejorada por futuros estudios. El Capítulo 3 describe la metodología para la construcción de los escenarios urbano-energéticos, tanto el “tendencial”, que será utilizado como referencia, como el “eficiente” donde se interviene en la oferta y la demanda a partir de la propuesta de medidas de eficiencia energética e inserción de energías renovables. Para ello, inicialmente, se explicita la metodología general para su construcción. Luego, se introducen los métodos y las fuentes de información para la elaboración de proyecciones socio-económicas, necesarias y comunes para los dos escenarios. Posteriormente, se detalla la metodología para la elaboración del escenario “tendencial”, haciendo foco en la obtención de las proyecciones de demanda de energía, como así también de la oferta, focalizando en el desarrollo del sector residencial, donde se utiliza una aproximación híbrida que incluye acercamientos ‘Top-Down’ y ‘Bottom-Up’. Asimismo, se plantea la metodología para la construcción del escenario “eficiente”, donde, a partir de un relevamiento exhaustivo de las medidas de mejoramiento disponibles, se propone la incorporación de distintas estrategias atendiendo a las diferencias intra-urbanas y a los aspectos críticos de los distintos sectores urbanos (áreas homogéneas), identificados en el “año base”. En última instancia, se plantean los métodos para la integración de la información y la obtención y comparación de los resultados, a los efectos de generar conclusiones e insumos que contribuyan a la planificación energética. En el Capítulo 4 se presenta el ejemplo de aplicación de la metodología propuesta para la construcción del “año base”, utilizando como caso de estudio al partido de La Plata. Allí, se emplean los diferentes niveles de análisis planteados en el segundo capítulo, junto con los métodos, técnicas y herramientas propios de cada escala de trabajo, necesarios para relevar y procesar la información requerida. Finalmente se sistematiza e incorpora dicha información en el software LEAP, donde se obtiene el “año base”, el cual será el punto de partida para la simulación de los escenarios “tendencial” y “eficiente” en el capítulo siguiente. En el Capítulo 5 se plantea la aplicación de la metodología propuesta para la construcción del escenario “tendencial” y “eficiente”. Para ello, en primera instancia, se elaboran las proyecciones socio-económicas que serán comunes para ambos escenarios. Luego se desarrolla la construcción del escenario “tendencial”, en el cual se considera que no se aplicarán medidas tendientes a mejorar los patrones de uso, tanto en la demanda residencial como en la de los restantes sectores, ni tampoco en el sector de la oferta. De esta forma, la demanda de energía continúa su tendencia creciente, mientras que la oferta mantiene su fuerte carácter de dependencia hacia los combustibles fósiles. En tercera instancia, se elabora el escenario “eficiente”, en el cual se ensaya la aplicación de medidas de eficiencia energética e incorporación de energías renovables sobre el sector residencial, de manera diferenciada para cada una de las áreas homogéneas detectadas en el “año base”. Por su parte, en los restantes sectores se aplican porcentajes de ahorros hipotéticos globales, a los efectos de conformar un escenario integral en el que todos los sectores contribuyan a hacer un uso más eficiente de los recursos. Por su parte, en la oferta de energía se hace hincapié en que la matriz comience a incorporar a las energías no convencionales y, de esta, manera reducir la demanda de combustibles. Por último, se realiza un análisis comparativo de los resultados obtenidos para comprender los beneficios y las limitaciones de los escenarios planteados. El Capítulo 6 presenta las reflexiones y síntesis final del trabajo. Primero, se exponen las respuestas a los interrogantes presentados en la fundamentación del trabajo, como así también la ratificación/rectificación de las hipótesis. Asimismo, se plantean reflexiones acerca de la aplicación de la metodología, donde se discute tanto sobre los métodos, técnicas y herramientas utilizadas como sobre sus posibilidades de optimización. A partir de las consideraciones previas, se desprenden nuevos interrogantes que guiarán futuras investigaciones y, en última instancia, se cierra el trabajo con una reflexión final.
Comportamiento térmico de un edificio con fachada vidriada en Bogotá y Barranquilla, Colombia
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2018) Aristizábal Echeverri Mariana; Dra. Flores Larsen Silvana (Dir.); Dr. Salazar Germán (Codirector)
El objetivo de este trabajo de tesis consiste en investigar la influencia de las propiedades termofísicas de la envolvente en el comportamiento térmico de un edificio con fachada vidriada bajo las condiciones climáticas de dos ciudades de Colombia, Bogotá y Barranquilla (una representa clima frío y la otra cálido). Como caso de estudio se utiliza un edificio ya construido en la ciudad de Bogotá llamado OXO Center 94. Dicho edificio consta de once pisos, los cuales tienen usos compartidos de oficinas, hotel y restaurante. Para la simulación del edificio se han utilizado tres programas, Sketchup, OpenSudio y Energy Plus. Los dos primeros permiten crear la arquitectura, volúmenes y zonas térmicas, el último es en el que se ingresan todas las cargas del edificio debidas a ocupación, iluminación, aire acondicionado, ventilación, materiales, controles de temperatura, clima, calefacción de agua, etc. Para calibrar el modelo, los consumos obtenidos de la simulación para Bogotá se comparan con el consumo real del edificio. Luego de esto, se realizan cambios en las propiedades del cristal que conforman la envolvente para evaluar cuál tipo de cristal proporciona el mejor desempeño energético en la ciudad de Bogotá. Finalmente se comparará el mismo edificio, pero en un clima cálido como el de Barranquilla y se medirá el impacto a nivel energético del edificio en una ciudad que presenta un clima opuesto al de Bogotá con el objetivo de identificar la influencia de la envolvente a nivel energético. Esto nos permitirá reconocer que incluso en un mismo país, la arquitectura de un edificio y en este caso su fachada debe ser evaluada para el clima de la ciudad donde se vaya a construir dado que el desempeño energético será diferente.
Estrategias de mitigación de la isla de calor. Sustentabilidad ambiental y eficiencia energética de perfiles urbanos de baja densidad en zonas áridas
(Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de Salta, 2018) Sosa María Belén
En las ciudades y zonas de influencia se producen deterioros medioambientales notorios; ya que la forma de expansión de las áreas urbanas impacta, entre otros factores, sobre las condiciones microclimáticas del sitio de inserción. Siendo el fenómeno de “isla de calor urbana” (ICU) uno de los efectos que genera la expansión de las áreas urbanas. La ICU aumenta los valores de temperatura del aire de las ciudades en comparación a las áreas rurales, este factor provoca un aumento del consumo de energía y disminuye el grado de habitabilidad exterior, factores que se agudizan en ciudades con climas áridos. El objetivo de la presente tesis fue el de evaluar y categorizar de acuerdo a su sustentabilidad energética y ambiental, distintos esquemas de urbanización y diseño de entornos residenciales de baja densidad que integran de modo eficiente estrategias de mitigación de la ICU para ciudades de zonas áridas. El trabajo se desarrolló en el Área Metropolitana de Mendoza (AMM), Argentina; ciudad con clima de tipo árido (clasificación BSk - Köppen). El modelo urbano del AMM no es el característico de otras ciudades de zonas áridas que presentan un “modelo compacto” (edificios altos y calles estrechas, el uso de forestación es inexistente o escaso); sino que ha seguido un “modelo abierto” con construcciones de baja densidad, calles anchas (16 a 30m) enmarcadas por un entramado de árboles. El desarrollo de la investigación se condujo a través de seis ejes temáticos vinculados entre sí. Para el diagnóstico se seleccionaron diez casos de estudio: nueve canales viales forestados que tienen una forma de perfil de tipo abierta y un canal sin forestación, con una forma de perfil compacto (ancho de calle 5.5m); insertos en barrios residenciales de baja densidad con diversas formas de trama (rectangular, multiazimutal, Cul-de-Sac y reticular). El primer eje, comportamiento térmico exterior, identificó mediante tres campañas de monitoreo de verano que los canales abiertos-forestados tienen mejores desempeños desde el punto de vista térmico (menores temperaturas de aire), siendo las mayores diferencias de temperatura de 10.2°C en la máxima, 1.7°C en la mínima y 2.5°C en la promedio. El segundo eje, confort térmico exterior, contrastó el grado de habitabilidad térmica de los canales viales monitoreados resultando que durante el periodo diurno el modelo de ciudad abierta-forestada es hasta un 50% más confortable que el modelo compacto-no forestado. El tercer eje presentó los dos modelos estadísticos predictivos de temperatura máxima y mínima generados (R2 0.82 y R2 0.85, respectivamente); al testear estas herramientas mediante 6 escenarios urbanos, se avaló que la combinación adecuada entre morfología y forestación aumenta el grado de habitabilidad exterior, mientras que la forestación y la disminución del factor de visión de cielo, disminuyen los procesos de enfriamiento nocturno. El cuarto eje, simulaciones dinámicas, presentó en 4 etapas los resultados del comportamiento de 480 escenarios urbanos generados que varían según: forma de trama (rectangular, multiazimutal y Cul-de-Sac), ancho de calle (16, 20 y 30m), altura de edificación (3, 3/6 y 6m) y orientación (N-S, NO-SE, E-O y NE-SO). La primer etapa (casos base) demostró las potencialidades de mejora térmica que genera una adecuada forma de conjunto urbano (forma de perfil + trama). La segunda, tercer y cuarta etapa de este eje, presentaron los resultados de incorporar y combinar dos estrategias de mitigación de la ICU recomendadas y aptas para incorporar en el AMM. Entre los resultados más importantes se destaca que la incorporación de forestación en los “casos base” tiene potencial para disminuir hasta 3.1°C la T° máxima, 2.5°C la T° mínima y 2.7°C la T° promedio; que los valores de albedos optimizados demostraron su eficacia en la disminución de las temperaturas máximas de los canales más expuestos (anchos de calle de 30m y altura de 6m) con forma de trama rectangular; siendo las mejoras con el “caso base” de 3.9°C en la T° máxima, 1.1°C en la T° mínima y 2.3°C en la T° promedio; y por último que al combinar ambas estrategias “escenarios optimizados”, las temperaturas disminuyeron en contraste a los “casos base” en hasta 5.7°C en la T° máxima, 2.9°C en la T° mínima y 4.2°C en la T° promedio. Siendo el diseño urbano óptimo para mejorar las condiciones microclimáticas de los entornos residenciales de baja densidad en el AMM, la combinación de trama rectangular, perfil de 6m de altura, ancho de calle de 16m y orientación N-S (37.5ºC T° máxima,25.0ºC T° mínima y 30.5ºC T° promedio). El quinto eje de la tesis, forma urbana y estimación del consumo de energía, permitió cuantificar la demanda de energía auxiliar necesaria para climatizar una vivienda en verano, asociada a los distintos escenarios urbanos propuestos. Los resultados demuestran que la optimización del diseño urbano podrían disminuir el consumo de energía residencial entre 21 a 33% respecto de la situación considerada como “case base” El último eje, recomendaciones y estrategias de mejora térmica, sintetizó e integró los resultados obtenidos a lo largo de la tesis mediante una serie de lineamientos con el fin de generar recomendaciones para que los barrios residenciales de baja densidad incorporen en sus etapas de diseño y planificación criterios que permitan disminuir el impacto que genera la forma urbana sobre el calentamiento urbano, el aumento del consumo de energía y la consecuente mejora de la calidad medioambiental en las ciudades de contextos áridos. Abstract The most notorious environmental deteriorations occur in cities and in areas of influence; since the expansion of urban areas impacts, among other factors, on the microclimatic conditions of the city site. The phenomenon of urban heat island (UHI) is one of the major effects of the expansion of urban areas. The UHI increases the air temperature values of the cities compared to the peri-urban areas, this factor causes an increase in energy consumption and decreases the degree of outdoor habitability, factors that become acute in cities with arid climates. The thesis objective was to evaluate and classify according to energy and environmental sustainability, different urbanization schemes and designs of low density residential environments that integrate efficiently UHI mitigation strategies for cities of the arid zones. The work was developed in the Metropolitan Area of Mendoza (MMA), Argentina; city with arid climate (BSk - Köppen clasification). The urban model of the MMA is not typical of other cities in arid zones that have a “compact model” (tall buildings and narrow streets, the use of forestation is non-existent or scarce); it has an “open model” with low density constructions, wide streets (16 to 30m) framed by streets trees. The development of the research is carried out through six thematic axes linked to each other. We used as studies cases 9 forested urban canyons that have an open profile profile and 1 canyon without forestation, with a compact profile shape (5.5m wide street); inserts in low-density residential neighborhoods with diferents urban grids forms (rectangular, multiazimutal, cul-de-sac and reticular). The first axis, outdoor thermal behavior, identified through three summer campaigns that the open-forested canyons have lowest air temperatures, the differences reached 10.2°C in the maximum, 1.7°C in the minimum and 2.5°C in average. The second axis, outdoor thermal comfort, contrasted the degree of thermal habitability of the monitored urban canyons resulting in that during the daytime the open-forested model was up to 50% more comfortable than the compact-non-forested model. The third axis presents the two predictive statistical models generated for maximum and minimum air temperature (R2 0.82 and R2 0.85, respectively); when testing these tools through 6 urban scenarios, the combination between morphology and forestation increases the degree of outdoor habitability, while forestation and the decrease of the sky vision factor, decrease the cooling processes at night. The fourth axis, dynamic simulations, were made in 4 stages by generated 480 urban scenarios that varying according to: urban grid form (rectangular, multiazimutal and Cul-de-Sac), street width (16, 20 and 30m), building height (3, 3/6 and 6m) and orientation (N-S, NO-SE, E-O and NE-SO). The first stage demonstrated the improvement possibilities that a suitable neighborhood form provides (profile form + urban grid). The second, third and fourth stage of this axis presented the results of incorporate and combine two recommended and suitable UHI mitigation strategies to incorporate into the MMA. The results show that by incorporated forestation into the “base cases” the temperatures decreases by 3.1°C T° maximum , 2.5°C T° minimum and 2.7°C T° average; that the optimazed albedos values the demonstrated their effectiveness in the reduction of maximum air temperatures in the rectangular grid most exposed canyons (30m widht and 6m height); being the diference with the “base case” of 3.9°C in the T° maximum, 1.1°C in the T° minimum and 2.3°C in the T° average; and lastly that two strategies were combined by creating the “optimized scenarios”, the temperatures in this scenarios decreased in contrast to the “base cases” up to 5.7°C in the T° maximum, 2.9°C in the T° minimum and 4.2°C in the T° average. Being the best urban scheme that improves the microclimatic conditions of low density residential environments in the MMA, the combination of rectangular grid, 6m profile height, 16m street width and N-S orientation (37.5°C T° maximum , 25.0°C T° minimum and 30.5°C T° average). The fifth axis of the thesis, urban form and estimation of the energy consumption, quantified the demand of auxiliary energy needed for aconditionated the houses in the summer period, being the variation between 21 to 33% by compared the “base cases” consumptions with the “optimized scenarios”. The last axis, recommendations and strategies of thermal improvement, synthesized and integrated the results obtained throughout the thesis by presenting guidelines and recommendations for design low-density residential neighborhoods, by incorporating the vision to reduce the impact of the urban warming and energy consumption and improving the environmental quality in arid cities.

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