![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image002.jpg\")
\nCon el fin de modelar el ahorro energ\u00e9tico en el calentamiento de agua domiciliaria que produce un termotanque h\u00edbrido solar comercial con respecto a un sistema convencional equivalente, en condiciones de uso habituales, GER Solar ha realizado un ensayo destinado a cuantificar este ahorro y relacionarlo con las condiciones clim\u00e1ticas a las que los equipos est\u00e1n sometidos.<\/p>\n
![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image004.jpg\")
Fueron validados ocho modelos de ahorro energ\u00e9tico diferentes mediante la comparaci\u00f3n de valores modelados con registros que no formaron parte de la base de modelado. Dos de ellos derivaron un error cuadr\u00e1tico medio relativo RMSE de 39 % y un sesgo medio relativo MBE alrededor de -12 %. Estos resultados nos permiten concluir que mediciones diarias de radiaci\u00f3n solar y temperatura permiten modelar y predecir el ahorro energ\u00e9tico que brindan las actuales tecnolog\u00edas h\u00edbridas solares con acumulaci\u00f3n, bajo condiciones reales de uso.<\/p>\n
INTRODUCCI\u00d3N<\/strong><\/p>\n Desde hace varios a\u00f1os las reservas de combustibles f\u00f3siles han comenzado a decrecer a nivel mundial. La situaci\u00f3n se ha advertido en particular desde los comienzos de la crisis del petr\u00f3leo, en los a\u00f1os 70 (Commoner, 1978). La producci\u00f3n parece decaer definitivamente, por lo cual es razonable esperar un incremento de los precios del petr\u00f3leo y del gas (Saravia, 2006).\u00a0Simult\u00e1neamente, el desarrollo econ\u00f3mico y el crecimiento poblacional suman m\u00e1s consumidores a la matriz energ\u00e9tica que es abastecida por estos recursos convencionales. A nivel nacional esta situaci\u00f3n se repite en l\u00edneas generales: por un lado una declinaci\u00f3n en la producci\u00f3n de petr\u00f3leo en pozos ya maduros y en yacimientos gas\u00edferos, y por el otro, un incremento sostenido en el consumo domiciliario e industrial, en particular de gas natural. Dada la dependencia del consumo el\u00e9ctrico de sistemas h\u00edbridos solares con las condiciones clim\u00e1ticas, se model\u00f3 su ahorro en comparaci\u00f3n con un sistema de calentamiento de agua convencional en funci\u00f3n de diversas variables. Los modelos contemplaron variables como la radiaci\u00f3n solar incidente en el plano del colector solar, la temperatura ambiente exterior y el \u00edndice de claridad del cielo entre otras. La unidad de tiempo de las mediciones y los modelos es diaria. Se espera obtener un modelo robusto capaz de ser replicado en otras zonas del pa\u00eds de manera de analizar el potencial solar t\u00e9rmico que Argentina posee en el escenario actual.<\/p>\n MATERIALES Y M\u00c9TODOS BASE DE DATOS<\/strong> Todo este instrumental permiti\u00f3 realizar las siguientes mediciones: donde: donde: Estos 8 modelos fueron procesados en SPSS (Software y soluciones de an\u00e1lisis predictivo de IBM). En todos los casos se prob\u00f3 optimizarlos con la funci\u00f3n Solver y ejecutar modelos semiemp\u00edricos forzando el cruce por cero de las predicciones del modelo con los datos medidos. En todos los casos los coeficientes obtenidos de SPSS arrojaron los mejores resultados.<\/p>\n RESULTADOS<\/strong> A continuaci\u00f3n, en la Figura 4, se presentan las gr\u00e1ficas de Ahorromodelado vs. Ahorromedido para los modelos ML4 y ML8 con los mejores indicadores observados en el estudio de validaci\u00f3n.<\/p>\n \u00a0<\/strong><\/p>\n DISCUSION<\/strong> CONCLUSIONES<\/strong> Universidad Nacional de Luj\u00e1n<\/strong>\u00a0A. Lanson, C.Raichijk INEDES – GERSolar, Universidad Nacional de Luj\u00e1n Luj\u00e1n, Ruta 5 y Avda. Constituci\u00f3n, (B6700CED) Luj\u00e1n, Buenos Aires, ARGENTINA E-mail: gersolar@yahoo.com.ar<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Con el fin de modelar el ahorro energ\u00e9tico en el calentamiento de agua domiciliaria que produce un termotanque h\u00edbrido solar comercial con respecto a un sistema convencional equivalente, en condiciones de uso habituales, GER Solar ha realizado un ensayo destinado a cuantificar este ahorro y relacionarlo con las condiciones clim\u00e1ticas a las que los equipos […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"aside","meta":{"footnotes":""},"categories":[17,11],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/738"}],"collection":[{"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=738"}],"version-history":[{"count":1,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/738\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":739,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/738\/revisions\/739"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=738"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=738"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/apie.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=738"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\nSi bien el gas natural puede ser remplazado por gas importado, los precios a pagar son m\u00e1s altos, por lo que el estado debe optar entre subsidiar el consumo domiciliario o permitir incrementos en el precio al consumidor final. Una alternativa interesante consiste en estimular el empleo de sistemas h\u00edbridos solares con el objetivo de ahorrar energ\u00eda convencional y tener mayor disponibilidad para uso industrial.\u00a0En este sentido es posible encontrar gran cantidad de trabajos sobre temas relacionados con el calentamiento de agua sanitaria (CAS) como la producci\u00f3n de energ\u00eda en funci\u00f3n del recurso disponible, la eficiencia de diferentes dise\u00f1os (Beikircher et al., 2014), el modelado de su funcionamiento (Schnieders, 1997; Cadafalch, 2009 y Cadafalch et al., 2014), incluso se ha estudiado en profundidad las posibilidades de los tubos de vac\u00edo y heat-pipes en esta aplicaci\u00f3n (Launay et al., 2006). En Argentina, Lucchini et al. (2012) modelaron la respuesta de un colector solar del tipo placa plana con inercia t\u00e9rmica donde la unidad de tiempo es horaria, el error al final del d\u00eda es del 2% mientras que durante la noche el modelo subval\u00faa la temperatura de salida, comenzando al d\u00eda siguiente con un error del 10%.
\n\u00bfPero qu\u00e9 ocurre cuando estos sistemas son sometidos a las mismas exigencias que los convencionales?<\/strong>\u00a0Un nivel de servicio constante, como es el consumo de agua caliente de una familia tipo, requiere de una prestaci\u00f3n confiable de manera de asegurar el nivel de confort con el que sus usuarios cuentan actualmente. Asegurar esta continuidad temporal hace necesario el respaldo de las fuentes convencionales de energ\u00eda, y propone a la energ\u00eda solar como pilar del ahorro energ\u00e9tico.
\nExisten programas de simulaci\u00f3n que estiman la cobertura de la demanda energ\u00e9tica en base a especificaciones de fabricaci\u00f3n de distintos sistemas y a una demanda estimada. Pero estas estimaciones surgen de modelos f\u00edsicos y supuestos de funcionamiento. En este trabajo proponemos un an\u00e1lisis desde datos reales de ahorro energ\u00e9tico en base a una demanda real, donde el uso est\u00e1 distribuido a lo largo del d\u00eda, en horarios de extracciones de agua caliente habitual y con la exigencia de una temperatura constante en todas ellas. Este perfil de consumo asegura que el sistema h\u00edbrido solar deba responder con el mismo nivel de servicio que el sistema convencional, sin concesiones de prestaci\u00f3n ni de \u00e9poca del a\u00f1o.
\nToda la bibliograf\u00eda existente coincide en que la respuesta de los sistemas termosolares es dependiente, principalmente, de la radiaci\u00f3n solar y la temperatura ambiente.<\/p>\n
\nPara poder generar la base de datos que alimente el modelo, se realiz\u00f3 un ensayo simult\u00e1neo de 1 termotanque h\u00edbrido y 1 termotanque est\u00e1ndar comercial en el laboratorio de GERSolar de la Universidad Nacional de Lujan (34,588 \u00b0S; 59,065 \u00b0W; 30 msnm) entre los meses de Mayo 2013 y Junio 2014 inclusive. El primer equipo es un h\u00edbrido solar-el\u00e9ctrico, Figura 1, que consta de un tanque horizontal exterior de 290 litros, con una camisa de intercambio de calor alimentada con un l\u00edquido caloportador de soluci\u00f3n de propilenglicol que absorbe energ\u00eda en un colector solar de parrilla de cobre. El tanque es a su vez recubierto por una gruesa capa de aislante mineral. El colector de 1,73m2 de superficie colectora, cuenta con un vidrio solar, una superficie de absorci\u00f3n selectiva y aislaci\u00f3n de lana de vidrio. La fuente de apoyo de energ\u00eda convencional es una resistencia el\u00e9ctrica de 1500 W. Todo el sistema se encuentra a 14 metros del punto de consumo. El segundo equipo es un termotanque el\u00e9ctrico est\u00e1ndar, de interior y de pie, de 155 litros, con una resistencia de 1600 W. Este sistema dista a solo 1 metro del punto de consumo y dentro del mismo recinto.
\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image006.jpg\")
El tablero de medici\u00f3n y control, Figura 3, est\u00e1 compuesto por:<\/p>\n\n
\n
\na) La cantidad de energ\u00eda extra\u00edda de cada uno de los dos sistemas. En primer instancia se defini\u00f3, a partir del perfil de extracci\u00f3n propuesto en el protocolo interno de ENARGAS (NAG-313\/09) que establece que la poblaci\u00f3n del centro y norte del pa\u00eds utiliza agua caliente 5 veces por d\u00eda: aproximadamente a las 7:00; 7:30; 12:00; 20:00 y 20:30 hs, en un promedio de 40 litros por vez, un total de 200 litros diarios a una temperatura de 42 \u00b0C.
\nb) La temperatura:
\n– Del agua a la entrada al sistema
\n– Del agua a la salida de la v\u00e1lvula mezcladora, la denominaremos temperatura de mezcla
\n– Ambiente exterior
\nc) La energ\u00eda solar incidente en el plano del colector solar.
\nd) La energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida por el sistema h\u00edbrido solar-el\u00e9ctrico y por el termotanque puramente el\u00e9ctrico. Las variables analizadas fueron:<\/p>\n\n
\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image008.jpg\")
\u00a0V es el volumen de agua extra\u00eddo del sistema
\nCp es la capacidad calor\u00edfica del agua para ese rango de temperaturas,
\nTm es la temperatura media del agua de mezcla durante la extracci\u00f3n
\nT1 \u00a0es la temperatura media del agua fr\u00eda que entra al circuito
\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image010.jpg\")
Debido a las dificultades t\u00e9cnicas para lograr una temperatura de mezcla id\u00e9ntica para ambos sistemas en cada extracci\u00f3n, la energ\u00eda cal\u00f3rica extra\u00edda del sistema convencional y del sistema h\u00edbrido mostraron diferencias en 3 de las 5 extracciones diarias. En estas condiciones la comparaci\u00f3n directa de los consumos energ\u00e9ticos requeridos implicaba la introducci\u00f3n de un error sistem\u00e1tico. Para corregir esta desviaci\u00f3n, se ha definido para cada extracci\u00f3n el valor de la energ\u00eda cal\u00f3rica te\u00f3rica requerida por el protocolo (NAG-313\/09), denominada energ\u00eda cal\u00f3rica de referencia Qref , en funci\u00f3n de la temperatura real del agua fr\u00eda de entrada y la temperatura de mezcla estipulada en 42\u00b0C.
\nFinalmente, la energ\u00eda convencional ahorrada por el sistema h\u00edbrido, si ambos sistemas hubiesen entregado exactamente la energ\u00eda cal\u00f3rica establecida, se defini\u00f3 de la siguiente manera:<\/p>\n\n
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Ahorro:<\/li>\n<\/ul>\n
\nCconv es la energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida por sistema convencional
\nChib. la energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida por sistema h\u00edbrido
\nQconv la energ\u00eda cal\u00f3rica extra\u00edda del sistema convencional
\nQhib. la energ\u00eda cal\u00f3rica extra\u00edda del sistema h\u00edbrido
\nQref la energ\u00eda correspondiente al volumen de agua de 40 litros establecido por el protocolo, con un salto t\u00e9rmico entre la temperatura real promedio del agua fr\u00eda de entrada y los 42 \u00b0C requeridos.
\nEl ensayo fue ejecutado durante 13 meses corridos. La extracci\u00f3n de aquellos datos que no respond\u00edan a las exigencias del protocolo configur\u00f3 la base de datos depurada. Este proceso arroj\u00f3 256 datos diarios v\u00e1lidos, de los cuales se reservaron aleatoriamente 25 registros para la validaci\u00f3n de los modelos propuestos utilizando los restantes 231 para ajustarlos.
\nMODELOS<\/strong>\u00a0<\/strong>
\nEn un an\u00e1lisis de la relaci\u00f3n individual entre el ahorro y cada variable, se detect\u00f3 que el ahorro era explicado por la radiaci\u00f3n incidente con un R2 de 32%; por la radiaci\u00f3n del d\u00eda anterior con un R2 de 46% y por el Kt con un R2 de 37%.
\nCon la depuraci\u00f3n de los registros obtenidos volcados en el programa estad\u00edstico SPSS y en base a las observaciones anteriores, se analizaron 8 modelos lineales distintos, considerando diferentes conjuntos de variables. El n\u00famero m\u00e1ximo de variables contempladas fue 7: radiaci\u00f3n diaria incidente en el plano del colector, Rad: temperatura media diaria exterior, Te ; temperatura m\u00e1xima diaria, Tmax; energ\u00eda diaria a extraer, Qref; radiaci\u00f3n diaria incidente del d\u00eda anterior, Rad-1; \u00edndice de claridad, Kt e \u00edndice de claridad del d\u00eda anterior, Kt-1<\/p>\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image012.jpg\")
<\/p>\n
\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image013.jpg\")
En la tabla 1 se pueden observar los coeficientes de ajuste obtenidos, el R2 de ajuste y los resultados del estudio de validaci\u00f3n realizado para cada uno de los 8 modelos analizados.
\n![](\"http:\/\/www.apie.com.ar\/Boletines\/boletin-57\/cyt-4_clip_image014.jpg\")
Se repiti\u00f3 el mismo procedimiento de an\u00e1lisis para todos los modelos. Durante el an\u00e1lisis, el ahorro mostr\u00f3 una d\u00e9bil relaci\u00f3n con la temperatura m\u00e1xima, incluso no se observ\u00f3 p\u00e9rdida de poder predictivo al eliminar esta variable. La energ\u00eda cal\u00f3rica a extraer no presenta grandes fluctuaciones dado que las condiciones de ensayo se mantuvieron constantes. A pesar de su baja variabilidad, se observ\u00f3 sensibilidad del modelo a esta componente por lo que se opt\u00f3 por mantenerla en los modelos restantes. Dada la relaci\u00f3n directa entre la radiaci\u00f3n y el Kt, se busc\u00f3 la combinaci\u00f3n m\u00e1s representativa y simple de las variables Rad; Rad-1; Kt y Kt-1 en los modelos evaluados. Se encontr\u00f3 que el modelo ML8 responde de mejor manera a estos requerimientos.<\/p>\n
\nLas validaciones de todos estos modelos presentan una dispersi\u00f3n similar y de gran magnitud. La bibliograf\u00eda demuestra que existe una relaci\u00f3n entre algunos factores clim\u00e1ticos, como la heliofan\u00eda y la amplitud t\u00e9rmica, con la radiaci\u00f3n global. Basado en la presunci\u00f3n de una dependencia estad\u00edstica entre variables, los modelos no incluyeron estos factures entre sus componentes. Un an\u00e1lisis de la existencia efectiva de dependencia estad\u00edstica de estas variables con las variables contempladas y su eventual inclusi\u00f3n en el modelado del ahorro podr\u00eda disminuir la dispersi\u00f3n de nuevos modelos y mejorar su capacidad de predicci\u00f3n.<\/p>\n
\nLa radiaci\u00f3n diaria en el plano de los colectores, su equivalente al tope de atm\u00f3sfera, el resultante \u00edndice de claridad de cielo, junto con la misma informaci\u00f3n correspondiente al d\u00eda anterior y la temperatura media diaria permiten modelar el ahorro que conlleva el uso de sistemas h\u00edbridos termosolares con tanque de acumulaci\u00f3n, con un grado aceptable de determinaci\u00f3n y error para primeras estimaciones como las de este trabajo.
\nEn pr\u00f3ximos estudios se evaluar\u00e1n la significancia de otras variables tales como el barrido acumulado diario del viento sobre los equipos sometidos a la intemperie, la amplitud t\u00e9rmica y la humedad media diaria, para buscar modelos con mejor ajuste y menor error.
\nEn el futuro, una vez que se re\u00fanan suficientes datos y se sumen al an\u00e1lisis otros sistemas h\u00edbridos, como por ejemplo combinaciones solar-gas, la informaci\u00f3n recolectada permitir\u00e1 evaluar ahorros potenciales de gas en distintas zonas del pa\u00eds en las que se usen estos equipos. Esa informaci\u00f3n podr\u00e1 constituirse en una herramienta de planificaci\u00f3n importante por parte del estado, para fundamentar pol\u00edticas de incentivo a la instalaci\u00f3n de estos sistemas. En un contexto de aumento de la demanda de los combustibles f\u00f3siles y el agotamiento de las reservas (con la suba de precios que ello trae aparejado) contar con dicha informaci\u00f3n presupondr\u00e1 una ventaja en la confecci\u00f3n de pol\u00edticas de manejo de los recursos energ\u00e9ticos.
\nEl hecho de contar con un banco de ensayos operativo y con facilidades de medici\u00f3n y flexibilidad de extracci\u00f3n, que puede acomodarse a distintos escenarios, presenta una doble ventaja: por un lado, la posibilidad de ensayar distintos perfiles de extracci\u00f3n de agua para estudiar diferentes situaciones de demandas sobre los sistemas y la respuesta de los mismos, por el otro, facilitar\u00e1 el an\u00e1lisis de modificaciones en los par\u00e1metros de instalaci\u00f3n de los sistemas h\u00edbridos, permitiendo evaluar su impacto en el ahorro del consumo de energ\u00eda.<\/p>\n