PROFESOR PATROCINANTE: ING. ALEXIA QUIROZ BARRÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL INDUSTRIAL

Evaluación Técnica y Financiera de Alternativas Energéticas Renovables no

Convencionales para incorporar a la Gestión Energética del Casino de

Suboficiales Badilla, III Brigada de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt.

Trabajo de Titulación para optar

al título de Ingeniero Civil Industrial

Edgardo Alzamora Muñoz

PUERTO MONTT - CHILE 2012

A mis padres, personas maravillosas y pilares fundamentales en mi vida y en cada logro alcanzado. A mi esposa e hija, el tesoro más grande, motivación y luz de mi existir.

AGRADECIMIENTOS

Al Suboficial Jorge Parra Galindo, quien es precursor de la iniciativa de este proyecto, por toda la

colaboración completa y oportuna a lo largo de la realización de este trabajo desde la III Brigada Aérea de

Puerto Montt, ya que su apoyo fue fundamental en el desarrollo y finalización del presente Proyecto de

Titulación.

A Ricardo Rubilar por su colaboración desinteresada y la entrega de conocimientos en materia

energética, y por la clara orientación entregada para el desarrollo del presente trabajo.

A los profesores involucrados en el inicio, desarrollo y revisiones de este Proyecto de Titulación;

Profesora Jessica Bull, Alexia Quiroz, Alex Cisternas, Alejandro Sotomayor y Gabriela Manoli, por la

buena disposición, voluntad y preocupación que tuvieron con el objetivo de que este fuera un trabajo de

calidad.

A mis padres por el apoyo, preocupación y sacrificios que han tenido y han realizado desde hace muchos

años para que pudiera finalizar esta importante etapa en mi vida y en la vida de cualquiera.

A mi esposa Rosío Salinas, por la paciencia, motivación y preocupación en cada etapa de la realización

de este Proyecto de Titulación y a lo largo de mi carrera Universitaria.

INDICE DE CONTENIDOS 1. ANTECEDENTES GENERALES....................................................................... 1 1.1. Introducción........................................................................................................ 1 1.2. Planteamiento del Problema............................................................................... 2 1.3. Objetivos ............................................................................................................ 4 1.3.1. Objetivo General................................................................................................. 4 1.3.2. Objetivos Específicos......................................................................................... 4 1.4. Descripción de la Institución............................................................................... 5 2. MARCO TEÓRICO............................................................................................. 6 2.1. La energía y sus fuentes..................................................................................... 6 2.2. Impactos Ambientales del Desarrollo Energético................................................ 9 2.3. Gestión Energética.............................................................................................. 9 2.4. Energías Renovables no Convencionales (ERNC)............................................. 10 2.5. Energía Eólica.................................................................................................... 10

2.5.1. Operación de los Sistemas Eólicos.................................................................... 11 2.5.2. Medición del Potencial Eólico de un lugar.......................................................... 12 2.5.3. Factor de planta o factor de capacidad de un Sistema Eólico............................ 13 2.6. Energía Solar Térmica........................................................................................ 14 2.6.1. Radiación Solar…………………………………………………………………........ 14 2.6.2. Estado del Arte y situación actual de la Energía Solar Térmica ………………… 16 2.6.3. Colectores Solares…………………………………………………………………... 17 2.6.4. Componentes de un sistema solar térmico para calentamiento de agua

sanitaria ………………………………………………………………….................... 19

2.7. Energía Geotérmica…………………………………………………………………... 19

2.8. La Evaluación de Proyectos………………………………………………………… 20 2.8.1. Metodología para Análisis y Evaluación de Proyectos…………………………… 20

a) Perfil……………………………………………………….......................…………20 b) Revisión de Pre-factibilidad ……………………………………………………… 20 c) Estudio de Factibilidad…………………………………………………………… 21

2.8.2. Alcance del Estudio del Proyecto…………………………………………………… 21 2.8.3. Estudio de Viabilidad Técnica………………………………………………………. 22 2.8.4. Estudio de Viabilidad Financiera…………………………………………………… 23

a) Valor Actual Neto (VAN)………………………………………………………… 23 b) Tasa Interna de Retorno (TIR)…………………………………………………… 23

c) Análisis de Sensibilidad………………………………………………………….. 23

d) Otros factores para la evaluación de proyectos de inversión energéticos…………………………………………………………………................. 24 e) Efecto de la Inflación …………………………………………………………… 24

3. DISEÑO METODOLOGICO ………………………………………………………… 25 3.1. Preparación de los Proyectos Energéticos de ERNC………………………... 27

3.2. Diagnóstico y Recolección de Antecedentes para el Desarrollo del Estudio.. 27 3.2.1. Diagnóstico de fuentes de energía, usos y demanda energética………………… 27 3.2.2. Recopilación de Antecedentes para el Desarrollo del Estudio………………… 28 3.3. Selección Preliminar de Alternativas de Proyectos Energéticos……………… 29 3.4. Análisis Multicriterio para selección y elaboración de Perfiles de

Proyectos de ERNC …………………………………………………………………... 29

3.4.1. Análisis Multicriterio ………………………………………………………………….. 29 3.4.2. Método del Scoring……………………………………………………………………. 30 3.5. Preparación de Perfiles de los Proyectos de ERNC…………………………….. 31 3.6. Formulación de los Proyectos de Energías Renovables no Convencionales 32 3.7. Revisión de Pre-Factibilidad de las alternativas de Proyectos de ERNC…… 32 3.7.1. Revisión de Pre-Factibilidad para proyectos Solares Térmicos para

Calentamiento de Agua de Consumo Sanitario (A.C.S.)…………………………. 32 3.7.2. Revisión de Pre-Factibilidad para proyectos Eólicos de Pequeña Escala……. 33 3.8. Estudio de Factibilidad de los Proyectos de ERNC………………………………. 34 3.8.1. Estudio de viabilidad técnica y viabilidad financiera……………………………… 34 3.8.2. Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos Solares Térmicos

para Agua de Consumo Sanitario (A.C.S) …………………………………..…... 38

a) Caracterización de parámetros técnicos generales e información económica básica de Sistemas Solares Térmicos para A.C.S……………………………… 38

b) Modelo energético que permite estimar la energía generada o sustituida

anualmente por un Proyecto Solar Térmico para calentar A.C.S. ………………. 41

b.1. Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos

Solares Térmicos con Colectores Solares Heat-Pipe para calentamiento

de A.C.S. ………………………………………………………………………………. 41

b.2. Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos

Solares Térmicos con Colectores Planos para calentamiento de A.C.S. …….. 47

b.3. Comparación Técnica de Sistemas Solares Térmicos con colectores Heat Pipe

y colectores planos …………………………………………………………..………. 48

c) Pre-Dimensionamiento ………………………………………………………………. 49

d) Cálculos Económicos ……………………………………………………………….. 49 e) Indicadores de Rentabilidad: VAN y Ahorros acumulados durante la vida del

Proyecto ………………………………………………………………………….……... 49

f) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios …………………………………………… 49 3.8.3. Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de

EnergíaEólica de pequeña escala ………………………………………………….. 50 a) Caracterización de parámetros técnicos generales e información económica

básica …………………………………………………………………………………… 51

b) Modelo Energético para el Estudio de Viabilidad Técnica de Proyectos

Eólicos de pequeña escala …………………………………………………………… 52

c) Pre-Dimensionamiento………………………………………………………………… 54

d) Cálculos Económicos…………………………………………………………………. 54

e) Indicadores de Rentabilidad: VAN y Ahorros acumulados durante la vida del

Proyecto…………………………………………………………………………………. 54

f) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios ………………………………………… 55

4. RESULTADOS………………………………………………………………………… 56 4.1. Preparación de Proyectos Energéticos de ERNC ………………………………… 56 4.2. Diagnóstico de fuentes de energía y sus usos……………………………. ……… 56 4.3. Selección Preliminar de Alternativas de Proyectos Energéticos……………….. 57 4.4. Análisis Multricriterio; Método Scoring ……………………………………………. 58 4.5. Definición de Perfiles de Proyectos de ERNC ……………………………………. 66 4.6. Formulación de Proyectos de ERNC ………………………………………………. 67 4.6.1. Proyecto de Energía Solar Térmica para Agua de Consumo Sanitario (A.C.S)

para el Casino de Suboficiales Badilla, sección "solteros", de la III Brigada

Aérea ……………………………………………………………………………………. 67

4.6.2. Proyecto de Energía Eólica para Iluminación Exterior del Casino de Suboficiales Badilla de la III Brigada Aérea..………………………………………. 67

4.7. Revisiones de Pre-factibilidad de los Proyectos de ERNC ……………………….. 68

4.7.1. Revisión de Pre-factibilidad del Proyecto Solar Térmico para A.C.S. …………. 68

4.7.2. Conclusión de la Revisión de Pre-factibilidad del P. Solar Térmico A.C.S……. 68

4.7.3. Revisión de Pre-factibilidad para Proyectos Eólicos de Pequeña Escala ……… 69

4.7.4. Conclusión Revisión de Pre-factibilidad para Proyecto Eólico de

Pequeña Escala………………………………………………………………………… 69

4.8. Estudio de Factibilidad de los Proyectos de ERNC……………………………….. 69

4.8.1. Aplicación del Modelo de Evaluación Técnica y Financiera del Proyecto

Solar Térmico para Agua Caliente Sanitaria (A.C.S.)……………………………… 69

4.8.2. Aplicación del Modelo de Evaluación Técnica y Financiera del Proyecto

Eólico para Iluminación Exterior del Casino de Suboficiales Badilla………….. 96

5. CONCLUSIONES………………………………………………………………………. 106

6. RECOMENDACIONES………………………………………………………………… 107

7. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………… 109

8. LINKOGRAFÍA….…………………………………………………………………….... 111

9. ANEXOS………………………………………………………………………………… 112

INDICE DE FIGURAS Figura Nº 2.1 Curva de Potencia de un Aerogenerador ………………………................ 11 Figura Nº 2.2 Radiación Solar a Nivel de la Tierra ……………………………………….. 15 Figura Nº 2.3 Colector Plano ………………………………………………………………... 18 Figura Nº 2.4 Colector Heat-Pipe…………………………………………………………… 18

Figura Nº 3.1 Metodología de la Investigación…………………………………………… 26

Figura Nº 3.2 Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de ERNC ….. 35

Figura Nº 3.3 Ejemplo de curvas de rendimiento para colectores planos y

colectoresHeat-Pipe para una radiación de G = 800 W/m2 ……………. 41

Figura Nº 3.4 Modelo Energético para evaluar Proyecto Solar Térmico para A.C.S.

con colectores Heat-Pipe…………………………………………………… 42

Figura Nº 3.5 Ventana de software Solo 2000 de ingreso de datos de consumo

promedio diario de agua y la temperatura final del agua (ºC)…………… 43

Figura Nº 3.6 Ventana de software Solo 2000 de ingreso de datos de radiación solar,

temperatura exterior y temperatura del agua en la red potable….……… 44

Figura Nº 3.7 Ventana de ingreso de datos, de coeficientes de transmisión de calor,

factor de pérdida y área de absorción……………………………………. 44

Figura Nº 3.8 Tabla de resultados entregados por software SOLO 2000…………….. 45

Figura Nº 3.9 Análisis de Proyectos Energéticos con RETScreen……………………. 50

Figura Nº 4.1 Balance energético mensual con sistema solar térmico de 12

Colectores Heat-Pipe para A.C.S. del Casino de Suboficiales Badilla…..73

Figura Nº 4.2 Balance energético mensual con sistema solar térmico de 16

Colectores Heat-Pipe para A.C.S. del Casino de Suboficiales Badilla…. 75

Figura Nº 4.3 Comparación producciones anuales para sistema solar térmico

con 12 y 16 colectores Heat-Pipe…………………………………………… 76

Figura Nº 4.4 Comparación de coberturas energéticas para sistema solar térmico de

con 12 y 16 colectoresHeat-Pipe……………………………………………. 76

Figura Nº 4.5 Comparación de productividades en kw/m2 de los dos sistemas

Solares térmicos para A.C.S………………………………………………… 77

Figura Nº 4.6 Evolución de las coberturas energéticas de un Sistema Solar Heat-Pipe

para los requerimientos del Casino para distintos nº de colectores……. 78

Figura Nº 4.7 Curva de eficiencia de colectores planos para ciudad de Puerto Montt…80

Figura Nº 4.8 Balance energético mensual (Kcal/mes) sistema solar de 12 colectores

planos…………………………………………………………………………. 82

Figura Nº 4.9 Comparación energía aprovechable (kWh) para Sistema con 12

Colectores Heat-Pipe y 12 colectores Planos…………………………… 83

Figura Nº4.10 Comparación ahorro anual (%) Sistema Solar Térmico con 12

Colectores Heat-Pipe versus Sistema con 12 colectores planos……….. 84

Figura Nº4.11 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 12 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 1 %.............................. 86

Figura Nº4.12 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 12 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 1,5 %.............................. 87

Figura Nº4.13 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 12 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 3 %................................. 88

Figura Nº4.14 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 16 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 1 %................................. 89

Figura Nº4.15 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 16 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 1,5 %............................. 90

Figura Nº4.16 Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat-Pipe de 16 colectores solares.

Tasa anual de aumento del precio del petróleo 3 %................................. 91

Figura Nº4.17 Ahorros acumulados (pesos) Sistema Solar Térmico 12 colectores

Heat-Pipe ………………………………………………………………….. 92

Figura Nº4.18 Ahorros acumulados (pesos) Sistema Solar Térmico 16 colectores

Heat-Pipe………………………………………………………………............ 93

Figura Nº4.19 Evolución de los VAN para distintos nº de colectores Heat-Pipe

Tasa aumento precio del petróleo 1,5% anual……………….……………. 94

Figura Nº4.20 Evolución de los VAN para distintos nº de colectores Heat-Pipe

Tasa aumento precio del petróleo 3% anual…………….……………….. 94

Figura Nº4.21 Evolución de los VAN para distintos nº de colectores Heat-Pipe

Tasa aumento precio del petróleo 5% anual……………….………….. 95

Figura Nº4.22 Comparación de producciones máximas de los Aerogeneradores en

evaluación, versus consumo eléctrico mensual (kwh) mínimo durante

año 2010…………………………………………………………………… 96

Figura Nº4.23 Potencial de Generación Eléctrica para 3 Aerogeneradores a

Velocidad de 5 m/s ………………………………………………………… 98

Figura Nº4.24 Comparación consumo eléctrico mensual sistema iluminación exterior

Versus energía generada por mes, Aerogenerador Skystream 2,4 Kw.. 99

Figura Nº4.25 Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior.

Aumento precio de la electricidad 5% anual……………………………….. 101

Figura Nº4.26 Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior.

Aumento precio de la electricidad 10% anual…………………………….. 102

Figura Nº4.27 Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior.

Aumento precio de la electricidad 15% anual…………………………….. 103

Figura Nº4.28 Comparación VAN Proyecto Eólico para distintos aumentos anuales (%)

en el precio de la energía eléctrica…………………………………………..104

Figura Nº4.29 Comparación de ahorros acumulados para Aerogenerador Skystream

2,4 para distintas tasas anuales (%) de incremento del precio de la

energía eléctrica (kWh)…………………………………………………... 105

INDICE DE TABLAS Tabla Nº 2.1 Energías primarias y secundarias………………………………………… 7

Tabla Nº 2.2 Tipos de fuentes de energía y clasificaciones ………………………….. 8

Tabla Nº 3.1 Escala de ponderación para criterios de selección de acuerdo a su

Importancia……………………………………………………………………. 30

Tabla Nº 3.2 Rating de satisfacción de las alternativas energéticas para los

criterios de selección………………………………………………………… 31

Tabla Nº 4.1 Fuentes de energía, usos y demanda energética……………………….. 56

Tabla Nº 4.2 Puntos críticos de consumo energéticos y unidades consumidoras… 57

Tabla Nº 4.3 Resultados Análisis Multicriterio, Método Scoring……………………….. 61

Tabla Nº 4.4 Justificación de puntajes asignados, Análisis Multicriterio……………. 62

Tabla Nº 4.5 Justificación de puntajes asignados, Análisis Multicriterio…………… 63

Tabla Nº 4.6 Supuestos técnicos sistema solar térmico de 30 colectores solares

Heat Pipe para A.C.S ……………………………………………….……….. 71

Tabla Nº 4.7 Balance energético entregado por software Solo 2000 con aportes

del sistema solar térmico de 30 colectores Heat Pipe…………………… 72

Tabla Nº 4.8 Supuestos técnicos sistema solar térmico de 45 colectores

solares Heat Pipe para A.C.S.………………………………………………. 74

Tabla Nº 4.9 Balance energético entregado por software Solo 2000 con aportes

del sistema solar térmico de 45 colectores Heat Pipe …………………… 74

Tabla Nº 4.10 Tabla de ajuste de radiación solar en plano inclinado 35º……………….. 79

Tabla Nº 4.11 Coeficientes de transmisión de calor……………………………………….. 79

Tabla Nº 4.12 Cálculo de curva de eficiencia de los colectores para las condiciones

climáticas locales ……………………………………………………………. 80

Tabla Nº 4.13 Demanda energética mensual considerando 1 kcal para elevar en

1ºC un litro de agua………………………………………………………….. 81

Tabla Nº 4.14 Generación de energía por colector solar y energía aportada por

sistema de 30 colectores solares planos…………………………………… 81

Tabla Nº 4.15 Balance energético mensual, aporte de la fuente convencional de

energía y cobertura (%) mensual y anual del sistema solar de 30

colectores planos ……………………………………………………………. 82

Tabla Nº 4.16 Consumos eléctricos promedios en kwh/mes y potencia mínima

utilizada en w……………………………………………………………… 96

Tabla Nº 4.17 Consumo mensual (kWh) y potencia instalada del sistema

de iluminación exterior ……………………………………………………… 97

INDICE DE ANEXOS Anexo A Aerogeneradores y sus variantes…………………………………………. 112

Anexo B Elementos de un Aerogenerador………………………………………….. 114 Anexo C Sistemas Solares y funcionamiento……………………………………….. 116

Anexo D Esquema Hidráulico de un Sistema Solar Térmico con Colectores…… 119

Anexo E Datos de radiación solar para Puerto Montt utilizados en

la investigación……………………………………………………………….. 120

Anexo F Elaboración de promedios de radiaciones medias diarias para

Puerto Montt en Kwh/m2*día………………………………………………….121

Anexo G Coeficientes K de corrección de radiación solar en plano inclinado… 122

Anexo H Curvas de potencial de generación de los Aerogeneradores

evaluados………………………………………………………………………. 123

Anexo I Evolución histórica precios petróleo WT I (US$/barril) y energía

Eléctrica en precios de nudo Sistema Interconectado Central (SIC) …… 124

1

1. ANTECEDENTES GENERALES

1.1. Introducción

El abastecimiento energético sostenible ha cobrado gran importancia durante las últimas décadas. La

razón de ello radica, fundamentalmente, en que la demanda de energía ha aumentado en tasas cada vez

más altas, impulsada por un lado por el aumento de la población y, por otro lado, por la gran

industrialización en la que nos encontramos insertos desde los tiempos de la revolución industrial, siendo

ésta última la más importante.

Esta demanda energética es suplida por diversas fuentes energéticas existentes en el mundo. Las

fuentes de energía convencionales, es decir, las que son de uso frecuente en el mundo desde los inicios

de la industria como el carbón, petróleo, etc., son escasas y la disponibilidad de ellas en el futuro es

incierta, ya que existe un agotamiento de ellas, además generan un impacto ambiental negativo. Lo

anterior implica una baja estabilidad en los precios de estas fuentes energéticas con una tendencia de

precios al alza.

Desde otro punto de vista, la producción y utilización de energía, trae consigo la consecuencia inevitable

de una perturbación ambiental, debido a los procesos involucrados en la transformación de ella. La ONU

ha pronosticado que el consumo y la producción de energía se duplicarán o incluso triplicarán en el

transcurso de algunos años, con el consecuente impacto ambiental que lo anterior significará. Sin

embargo, es posible mitigar este impacto ambiental ocasionado por la producción y utilización de energía.

Conforme avanzamos en el siglo XXI, el uso de la tecnología para resolver problemas ambientales

aumenta, pero se aplica de diferente manera. Hay indicios de que el papel de la tecnología en las

cuestiones ambientales está cambiando en dos áreas importantes: el desarrollo sostenible, que se ocupa

primordialmente de problemas mundiales, y la tecnología preventiva, proyectada para reducir los efectos

de los procesos, operaciones y productos en el ambiente (HENRY, 2000).

Debido a todo lo expuesto anteriormente es que se han puesto muchos esfuerzos a nivel global en

diversificar la matriz energética existente, buscando energías más eficientes que generen menores

perturbaciones ambientales; que sean un recurso sustentable y preferentemente renovable y que,

también por otro lado, puedan disminuir costos de adquisición de la energía.

En este preocupante contexto, surge en Chile la necesidad de crear un programa nacional enfocado a

disminuir por un lado la contaminación e impactos ambientales del desarrollo económico, y por otro lado

utilizar de manera más eficiente la energía necesaria para este desarrollo. Este programa surge el año

2

2005 bajo el nombre de "Programa País de Eficiencia Energética" (Agencia Chilena de Eficiencia

Energética, 2006).

Considerando entonces la problemática energética existente a nivel mundial, el uso de nuevas

tecnologías para generar un desarrollo y abastecimiento energético sostenido, y finalmente la

preocupación del Gobierno de Chile en materia de eficiencia energética a través de su Programa País de

Eficiencia Energética, es que la III Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, división Puerto Montt, ha

presentado una innovadora iniciativa cuyo desarrollo será llevado a cabo por la presente investigación.

El presente proyecto de título se centra entonces, en Evaluar la Factibilidad Técnica y Financiera de

incorporar Alternativas Energéticas Renovables no Convencionales en la Gestión Energética de la III

Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, división Puerto Montt, buscando por un lado poder disminuir

costos que permitan generar un ahorro en el presupuesto asignado al ítem energía, pero además, y

fundamentalmente, dar un ejemplo a nivel nacional en sustentabilidad energética y preocupación por el

medio ambiente.

1.2. Planteamiento del Problema

En el marco del Programa País Eficiencia Energética del Gobierno de Chile, la Comisión Nacional de

Energía (CNE) ha impartido instrucciones a la administración pública sobre medidas a incorporar para

generar Planes de Ahorro Energético en sus funciones.

En este contexto la Fuerza Aérea de Chile, quien forma parte de las instituciones públicas incluidas en las

políticas e iniciativas energéticas que contiene este programa, ha transmitido a sus distintas unidades

institucionales, la necesidad de hacer un uso eficiente de la energía, a través de distintas comunicaciones

e instrucciones. Dentro de éstas, encontramos la incorporación de medidas de gestión energética,

medidas de inversión y verificación, por mencionar algunas.

Dentro de las medidas de inversión posibles, se encuentra la posibilidad de evaluar e invertir en

proyectos de Energías Renovables no Convencionales ó ERNC, también denominadas energías limpias.

Las alternativas renovables permitirán independizarse, en un grado sujeto a evaluación, de la matriz

energética convencional, lo cual ante eventualidades que signifiquen una interrupción del suministro

energético y un inminente desabastecimiento energético puede cobrar gran importancia (CNE, 2009). Por

otra parte, es posible disminuir costos y generar ahorros en ítems energéticos.

Mediante el surgimiento de la idea de esta investigación y su eventual concretización, la III Brigada de la

Fuerza Aérea, como institución pública del Estado, da un ejemplo a nivel institucional y ciudadano de

3

preocupación y conciencia por el contexto energético actual, no sólo en términos de eficiencia energética

y términos económicos, sino también de cuidado por el medio ambiente.

Desde un punto de vista estratégico y organizacional, la III Brigada Aérea posee dentro de sus unidades

un departamento de Logística quien se encuentra encargado del abastecimiento energético de la

Brigada, y también un nuevo departamento de Control de Gestión. Estas unidades tienen dentro de sus

funciones el controlar presupuestos energéticos anuales y mensuales en la Brigada. Cuando el monto

financiero destinado a energía excede el presupuesto se deben reasignar recursos presupuestarios de

otros ítems para suplir el déficit, lo que complica la gestión de otras áreas. Particularmente el

departamento de Control de Gestión ha establecido que se ha excedido en reiteradas oportunidades el

monto financiero del presupuesto energético asignado al Casino de Suboficiales Badilla, ubicado en

Puerto Montt. Y el uso energético en éste no es para operaciones aéreas propias de la Brigada.

Finalmente, si bien existe conocimiento teórico científico sobre energías renovables, y también

conocimiento práctico, la funcionalidad y productividad que éstas tengan dependerán en gran medida del

recurso disponible en el lugar (JEBARAJ, 2006). De esta forma, aunque es posible realizar estimaciones

basadas en la teoría y en experiencias previas, siempre existirá un margen de error el cual puede variar

significativamente de un proyecto a otro, y de un lugar a otro. Lo anterior ocurre ya que las aplicaciones

de estas tecnologías de energías renovables son incipientes. En este sentido la presente investigación

considera en primer lugar una evaluación teórica y posteriormente su eventual ejecución, la cual podrá

sentar una base práctica del aprovechamiento real que pueden tener algunas energías renovables en la

zona de Puerto Montt. La evaluación teórica incluirá la descripción de metodologías para evaluar este tipo

de proyectos, que si bien existen, la mayoría no se encuentran explicadas en detalle para una

comprensión y aplicación transversal en cualquier empresa, institución o proyectos de personas

naturales. La eventual ejecución de los resultados de este estudio puede tener un gran impacto

socialmente puesto que las Fuerzas Armadas de Chile siempre han sido instituciones que marcan un

referente a nivel nacional en todo ámbito.

En base a la problemática expuesta en este inciso, se hace relevante para la III Brigada Aérea de la

Fuerza Aérea de Puerto Montt desarrollar una investigación que evalúe la incorporación de Energías

Renovables no Convencionales en el Casino de Suboficiales Badilla, y por otra parte como finalidad de la

investigación misma, sentar una base metodológica replicable en diversas áreas para este tipo de

evaluaciones energéticas.

4

1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General Evaluar proyectos de energías limpias que puedan ser incorporados a la Gestión Energética del Casino

de Suboficiales Badilla de la III Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt.

1.3.2. Objetivos Específicos 1. Realizar un diagnóstico de las fuentes de energía y sus usos, en la Gestión Energética del Casino de

Suboficiales Badilla de la III Brigada de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt. 2. Evaluar técnica y financieramente las alternativas de ERNC que, en base al diagnóstico del objetivo

anterior, sean susceptibles de ser incorporadas en la presente evaluación y, por ende, en la Gestión

Energética de la III Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt. 3. Desarrollar una Metodología de Evaluación de Proyectos de ERNC para las alternativas que sean

seleccionadas y evaluadas, que permita replicar y realizar la evaluación de proyectos de este tipo en

cualquier hogar, empresa o institución.

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1.4. Descripción de la Institución.

La Fuerza Aérea de Chile (FACh) es la rama aérea de las Fuerzas Armadas de Chile.

Su misión es defender a la República de Chile por medio del control y explotación del espacio aéreo,

participar en la batalla de superficie apoyando a fuerzas propias y amigas, con el propósito de contribuir

al logro de los objetivos estratégicos que la política nacional le fija a las Fuerzas Armadas. Desarrolla

labores de control, seguridad, defensa en uno de los espacios aéreos más grandes (31,9 millones de

km²) del mundo.

El 21 de abril de 1980 nace la IIIª Brigada Aérea y con ello el asentamiento del mando institucional sobre

una extensa jurisdicción. Ésta Brigada Aérea se encuentra emplazada en la Base Aérea "Tepual" al norte

de la ciudad de Puerto Montt. Una de las principales características de esta unidad es que aquí reside la

Escuela de Vuelo por instrumentos, en dónde los recién egresados de la Escuela de Aviación del Capitán

Manuel Ávalos Prado adquieren las herramientas necesarias para volar sin referencias visuales. Tras

este proceso los pilotos son seleccionados en las ramas de combate, transporte y helicópteros.

Además de la dependencia principal de la Base Aérea Tepual, la III Brigada Aérea posee el casino de

Suboficiales Jaime Badilla que se encuentra ubicado en la calle Italia en el sector poniente de la ciudad

de Puerto Montt.

La misión de la IIIª Brigada Aérea es operativa, dependiente del Comando de Combate, es ejecutar las

operaciones de acuerdo a la planificación superior, con el propósito de alcanzar y mantener un estado de

alistamiento operacional acorde con la planificación Institucional. Su área jurisdiccional se extiende desde

el paralelo 37º 30´ Sur (Los Ángeles) hasta el paralelo 48º 45’ Sur (Campo de Hielo Sur), entre el Límite

Político Internacional (L.P.I) Este y hasta 200 millas náuticas de la línea de costa.

La IIIª Brigada Aérea está conformada por:

- El Grupo de Aviación Nº 5 como Unidad Táctica Aérea.

- El Grupo Nº 35, como Unidad Táctica Terrestre.

- El Grupo de Mantenimiento, Grupo Base Aérea, Grupo de Abastecimiento, Grupo de Bienestar Social,

Grupo de Sanidad, Escuadrilla Seguridad de Base Nº 25, como unidades de Apoyo (FACH, 2011).

6

2. MARCO TEÓRICO 2.1. La Energía y sus fuentes.

Existen múltiples definiciones del concepto de energía. El término proviene del griego energeia, actividad

u operación y del término energos que significa fuerza de acción o fuerza trabajando. De acuerdo al U.S.

Energy Information Administration la energía se define como la "capacidad de realizar trabajo". Craig

(2006) acuña un término similar afirmando que la energía es "la habilidad real o potencial de desarrollar

un trabajo". En este sentido la función primaria de las máquinas que construimos es convertir la energía

en trabajo útil.

La tierra puede considerarse como una enorme máquina con fuentes de energía. La más importante es

el calor del Sol. Ésta es la responsable de las turbulencias atmosféricas que llamamos vientos, de la

variación de temperaturas en la superficie de la Tierra, con calor en las regiones ecuatoriales y con frío en

los polos, de las corrientes oceánicas, de la evaporación del agua que forma las nubes y las convierte en

lluvia (Maczulak, 2010).

Según la U.S. Energy Information Administration (2010) es posible utilizar una primera clasificación para

la energía:

• Energía Potencial: Como su nombre lo indica, se encuentra conservada o estática, es decir, en

potencia.

• Energía Cinética: Energía en movimiento.

Además de acuerdo a lo planteado por Henry (2000), existen otras categorías para clasificar la energía.

Por ejemplo, de acuerdo a la forma en que podemos encontrar la energía:

1. Energía radiante: Es aquella energía o capacidad de trabajo que produce luz y viaja en ondas (como

la luz, los rayos x, y las ondas radiales)

2. Energía mecánica: Cuando la energía produce movimiento (energía cinética) o se encuentra en una

posición (energía potencial).

3. Energía térmica: Es una clase de energía cinética y a ella nos referimos cuando la energía produce

calor: Es la energía de las moléculas en vibración y movimiento.

4. Energía química: Es la energía que mantiene a las moléculas unidas mediante enlaces químicos.

7

5. Energía nuclear: Es la energía contenida en el núcleo de los átomos.

6. Energía eléctrica: Es otro tipo de energía cinética que se refiere al movimiento de los electrones.

Todas estas clasificaciones de energía mencionadas anteriormente, independientes de la forma en que

se encuentren, provienen de una fuente energética, la cual podemos definir como todo aquello que puede

producir energía por sí misma o mediante una transformación, y la disponibilidad de ésta energía

constituye la cantidad de recursos que hay en una fuente concreta y que puede ser explotado. Por lo

tanto podemos afirmar que la energía elemental o primaria es la que se obtiene directamente de la

naturaleza antes de cualquier transformación por medios técnicos. Es decir, se trata de energía

almacenada. La energía secundaria, que supone el 95% o más de la energía total consumida, es aquella

no útil directamente que necesita de procesos de extracción (geológicos) y de transformación que

posibilitan conseguir el uso deseado de la energía (CRAIG, 2006).

De acuerdo a la tipología anterior podemos diferenciar:

Tabla Nº 2.1: Energías primarias y secundarias

Energías Primarias Energías Secundarias

Carbón Electricidad

Hidráulica Gasolina, gasóleos, fuel, gases licuados

Gas Natural Petróleo y carburorreactores

Nuclear Gas manufacturado del gas natural

Solar Coque de hulla

Eólica

Mareomotriz

Geotérmica

Fuente: Henry (2000)

Henry (2000) plantea que las fuentes de energía primaria las podemos clasificar como renovables o no

renovables:

• Renovables: Si se trata de fuentes de energía que podemos utilizar una y otra vez porque las

mismas se restablecen en un período muy corto. La energía solar, la del viento, la obtenida por el

movimiento del agua, la biomasa (fotosíntesis) y la energía geotérmica son ejemplos de energías

renovables.

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• No renovables: La energía que se consume al usarla y que no podemos recrear en un período de

tiempo corto, porque su renovación implica un proceso de millones de años. Son ejemplos de fuentes

de energía no renovable: el petróleo, el gas natural, por ejemplo.

Henry (2000) sugiere complementar la clasificación anterior añadiendo la clasificación de energías

convencionales y no convencionales. Las convencionales son aquellas energías tradicionales que se

comercializan y entran a formar parte del cómputo del Producto Interno Bruto (PIB). Las no

convencionales son aquellas no utilizadas comúnmente y llamadas también "limpias" porque no

contaminan ni dejan desechos.

Tabla Nº 2.2: Tipos de fuentes de energía y clasificaciones

Fuente: Henry (2000)

Dado que la presente investigación está basada en la energía, es importante saber que ésta se mide en

unidades. Como existen muchos tipos de generar trabajo, existen por ende, muchos tipos de unidades

con los que podemos medir la energía. Por ejemplo el Julio es una unidad eléctrica que se define como la

energía necesaria para mantener un flujo de 1 amperio durante 1 segundo a un potencial de 1 voltio.

Grupo Origen Tipo Renovable ConvencionalNo SiNo SiNo SiNo Si

Magnética No NoInercial No No

Catalítica No NoSi SiSi SiSi NoSi NoSi No

Biocombustible Si NoResiduos Si No

Mareomotriz Si NoOlas Si No

Gradiente térmico Si NoDesintegración radiactiva natural No No

No No

Eólica

Biomasa

Marina

Solar indirecta

Magma incandecenteGeotérmica

Hidráulica MegahidráulicaMinihidráulica

Solar directa TérmicaFotovoltaica

Combustibles FósilesCarbón

PetróleoGas Natural

Fisión

Energía NuclearFusión

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Craig (2006) plantea que aunque la energía disponible de cualquier fuente sea importante, debemos

tener en cuenta la cantidad de energía utilizable y la tasa máxima de suministro. En el caso de un molino

de viento, no podemos obtener más energía que la que permite la velocidad del viento que hace girar las

aspas, serán limitantes entonces la cantidad de viento, y las características de las aspas.

2.2. Impactos ambientales del Desarrollo Energético

El uso de energías y el desarrollo económico trae como consecuencia una inevitable perturbación

ambiental. Una de estas perturbaciones que vemos actualmente es el calentamiento global, que es un

fenómeno producido por ciertos gases que son llamados gases efecto invernadero. La acumulación de

estos gases inevitablemente influye en la temperatura de la atmósfera y de la superficie terrestre.

Principales fuentes de Gases Efecto Invernadero (G.E.I)

El consumo de combustibles fósiles, como el petróleo y gasolina para los automóviles, aviones, trenes y

barcos, o por otro lado el uso de petróleo, gas natural y carbón para la generación de electricidad y el

calentamiento de espacios, es la fuente principal de acumulación de CO2.

Para enfrentar este problema se debe avanzar hacia una mayor eficiencia energética y se debe alejar de

los combustibles del carbón. Además ir cambiando paulatinamente las fuentes de energía de

combustibles fósiles hacia energías renovables no convencionales como la energía eólica, solar,

geotérmica, etc. (GLYNN, 2000).

2.3. Gestión Energética.

Podemos decir que la energía y su planificación tiene tres dimensiones: fuentes, transformaciones,

gestión y políticas energéticas. Al analizar el problema del abastecimiento energético de las sociedades

no debe considerarse un solo eje, por el contrario, hay que tener una visión conjunta de todas las

dimensiones del problema (GARCÍA, 2006). Según García (2006) la gestión energética puede

interpretarse como el arte de disponer el uso necesario de las fuentes energéticas, sus transformaciones

y políticas energéticas, combinando sus distintos parámetros, de forma que las características resultantes

del sistema energético sean técnicamente posibles, socialmente aceptables y económicamente rentables.

10

2.4. Energías Renovables No Convencionales (ERNC) Como se mencionó anteriormente, las ERNC son aquellas que podemos utilizar reiteradamente ya que su

recuperación se da en un período corto, y el abastecimiento del recurso es permanente en el tiempo. La

mayoría de ellas se denominan no convencionales ya que no son las que se utilizan de forma tradicional

como es el caso del petróleo.

Las ERNC son fácilmente accesibles para toda la humanidad alrededor del mundo. Su accesibilidad

radica en que existe una amplia gama de ellas, y además se encuentran en forma abundante en la

naturaleza (Saidur e Islam, 2010).

De acuerdo a lo que plantea Jebarag (2004), las energías renovables debieran incrementar el crecimiento

económico, crear oportunidades de trabajo, aumentar la seguridad nacional, proteger a los consumidores

de aumentos explosivos en los precios de las energías tradicionales o también de desabastecimientos

asociados a la industria del petróleo global, y finalmente reducir dramáticamente la contaminación de

gases efecto invernadero que está calentando nuestro planeta. En este sentido, las ERNC son miradas

como un factor clave en la mitigación del cambio climático global.

En la presente investigación se evaluaron proyectos con dos fuentes energéticas: Eólica y Solar. Lo

anterior debido a que los análisis preliminares de Pre-factibilidad y un análisis de selección de

alternativas Multicriterio, señalaron que éstas alternativas son las adecuadas dado el contexto geográfico

y características del lugar y dependencias en estudio.

2.5. Energía Eólica

La energía eólica es la energía proveniente del movimiento de masas de aires, es decir, del viento. En la

tierra el movimiento de masas de aire se debe principalmente a la diferencia de presiones existentes en

distintos lugares de ésta, moviéndose de altas a bajas presiones (FOURNIER, 2003).

De acuerdo a lo expuesto por R. Saidur et al. (2010), la energía eólica es la fuente energética de más

rápido crecimiento en los últimos años. Esta energía ha avanzado más rápido hacia la comercialización

que otras tecnologías como la solar y mareomotriz con un bajo nivel de inversión en investigación y

desarrollo (I &D).

La energía eólica se ha convertido en una fuente confiable y con una relación de costo-efectividad

atractiva (Jebarag et al., 2004). Desde el año 2000 a la fecha las mejoras tecnológicas han logrado,

según Jebarag (2004), dejar en una posición estable a la energía eólica para competir con las

tecnologías de generación convencionales.

11

2.5.1. Operación de los Sistemas eólicos.

Hoy en día el aerogenerador más utilizado es el de eje horizontal o de tres aspas, de velocidad variable y

de regulación por cambio del ángulo de paso para el control de potencia (Comisión Nacional de Energía,

2006). Éste cambio del ángulo de paso permite girar las aspas en torno a su eje longitudinal.

La generación de energía eléctrica a través de aerogeneradores se produce básicamente de la siguiente

manera:

La energía cinética del aire en forma de viento pasa a través de aspas, cilindros u otros, los cuales están

conectados a un eje y de esta manera se mueven impulsados por el viento convirtiendo esta energía

cinética en energía mecánica. Esta energía mecánica es la encargada de hacer rotar un alternador que

produce energía eléctrica.

Cada tipo de aerogenerador tiene su propia curva de potencia, la cual muestra la relación entre la

velocidad del viento y la potencia generada por el aerogenerador.

a) Curva de Potencia de un Aerogenerador

Figura Nº 2.1: Curva de potencia de un aerogenerador de 11 kw

Fuente: Aerogeneradores de potencia menores a 100 kw (CIEMAT, 2008)

En la figura 2.1 se pueden observar 4 tipos de velocidades asociadas a la operación de un

aerogenerador:

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• Velocidad de arranque: velocidad del viento a partir de la cual las palas del aerogenerador rompen la

inercia y el aerogenerador comienza a producir energía eléctrica.

• Velocidad nominal: Es la velocidad del viento a la que se alcanza la potencia de generación nominal.

El tramo de curva comprendido entre la velocidad de arranque y la nominal sigue una ley no lineal

respecto a la velocidad.

• Velocidad de freno: La velocidad del viento a la cual el rotor se detiene por la acción de los sistemas

de regulación y control para evitar el riesgo de sufrir algún daño dada la elevada velocidad del viento.

• Velocidad de supervivencia: Velocidad del viento por encima de la cual el aerogenerador puede

dañarse a pesar de estar parado.

Si la velocidad del viento supera la velocidad de arranque, el aerogenerador empieza a producir

electricidad. La potencia generada es una función cúbica de la velocidad de viento hasta llegar a la

potencia nominal. En los casos que esta potencia nominal es alcanzada equivale, en la mayoría de los

casos, a aproximadamente 12- 15 m/s.

Sobre esta velocidad, si bien la energía del viento aumenta, el aerogenerador limita la potencia generada

a la nominal con la finalidad de evitar sobrecargas mecánicas y eléctricas.

Si se excede la velocidad de freno, por ejemplo durante una tormenta, el sistema de control del

aerogenerador frena el rotor hasta detenerlo (RETSCREEN, 2010).

2.5.2. Medición del potencial eólico de un lugar El potencial eólico de un emplazamiento, es la disponibilidad de vientos (medible a distintas alturas),

susceptible de ser aprovechada para producción de electricidad mediante uno o más aerogeneradores.

Por lo general, el potencial eólico de un lugar se indica en el período de un año.

La mejor forma de medir la velocidad del viento en una futura localización de un aerogenerador o turbina

eólica, es situar un anemómetro en el extremo superior de un mástil que tenga la misma altura que tendrá

el aerogenerador que se va a utilizar, de esta manera se evita la incertidumbre que conlleva el recalcular

la velocidad del viento a una altura diferente. Al situar el anemómetro en la parte superior del mástil se

minimizan las perturbaciones de las corrientes de aire creadas por el propio mástil (RETSCREEN, 2010)

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Los datos obtenidos por el anemómetro normalmente se registran en un "registrador de datos" (data

logger), y son almacenados en un chip electrónico en una pequeña computadora que puede funcionar

con batería por un largo periodo de tiempo.

2.5.3. Factor de planta o factor de capacidad de un Sistema Eólico La cantidad de potencia que entrega un aerogenerador depende de la velocidad del viento y su

variabilidad (Moreno, 2008). El término factor de capacidad se usa para describir la entrega real de

energía de una instalación eólica con varios aerogeneradores o también llamado parque eólico, y se

expresa como el porcentaje del tiempo que ésta operaría en su potencia nominal. Según Moreno (2008)

una instalación de energía eólica debe trabajar con factores de capacidad mayores de 25% para que sea,

preliminarmente, factible en lo económico.

El mismo Moreno plantea en su libro "10 preguntas y respuestas sobre la energía eólica" (2008), el rango

de 25% a 35% es satisfactorio. Por ejemplo, una instalación eólica de 10 MW con un factor de capacidad

de 30% equivale a que trabajará 2.628 horas por año a su potencia nominal, y que durante 6.750 horas

no entregará ninguna potencia, o que produjera todo el año constantemente una potencia de sólo 10 MW.

Generalmente se emplean modelos matemáticos para determinar la energía generada por un parque

eólico. Cuando se dispone de este valor de energía calculado con los modelos matemáticos, los

proyectistas pueden entonces estimar los beneficios. Cuando esta información no está disponible, el

factor de capacidad resulta una herramienta muy valiosa para realizar esta estimación.

14

2.6. Energía Solar Térmica

De acuerdo a lo que plantea Craig (2006) el término energía solar generalmente se refiere a la

conversión de los rayos solares en energía, en formas tales que puedan satisfacer las necesidades de la

humanidad. Esta energía puede entenderse mejor si se la divide en dos categorías: energía de baja

entalpía, en la que la luz solar difusa se emplea para producir formas de energía de baja temperatura, y

la energía de alta entalpía, que implica alguna forma de concentrador solar, o un proceso físico o químico

que produce electricidad, o un combustible químico, como el hidrógeno.

El sol tiene una temperatura en la superficie de unos 5.500 °C. Teniendo en cuenta la distancia a la Tierra

(1,5 x 108 km), llegan al planeta 4 x 1024 julios/año. Esta energía es fundamentalmente radiación infrarroja

y luz visible.

Según la forma de recoger la energía solar podremos obtener energía térmica o transformarla en

electricidad, dependiendo de la tecnología utilizada en cada caso.

2.6.1. Radiación Solar

Para comprender el funcionamiento de la tecnología que será evaluada por el presente trabajo, se

repasarán algunos conceptos importantes referentes a la energía solar.

La energía proveniente del sol que llega a la Tierra es fundamentalmente radiación infrarroja y luz visible,

con menores cantidades de radiación ultravioleta (DUFFIE, 2006). Según el mismo autor, la cantidad de

cada longitud de onda de radiación que alcanza la superficie de la Tierra depende de la distancia que los

rayos de Sol tienen que recorrer a través de la atmósfera. Además plantea, que durante condiciones muy

nubosas se puede reducir considerablemente la radiación directa en comparación con la que hay sobre la

atmósfera, sin embargo, incluso en estos días nubosos hay una apreciable radiación difusa, que deriva

de la radiación directa dispersa.

Duffie (2006) también define, la radiación solar global G al nivel de la Tierra, como el total de la radiación

solar que se capta en un punto. Esta radiación, como se mencionó anteriormente se compone de:

• Radiación solar directa; Es aquella que llega a la superficie sin haber sufrido cambios de dirección

(luz directa del sol)

• Radiación solar difusa: Nos referimos a la que llega a la superficie sin orientación determinada (días

cubiertos o nublados).

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• Radiación Reflejada: Es aquella que proviene del reflejo en la superficie terrestre o suelo.

Figura 2.2: Radiación solar a nivel de la Tierra

Fuente: Memoria para optar al título de Ing. Civil Mecánico, Alejandro Cuevas, 2009.

Expresada en unidades de energía, la solar llega a la superficie de la Tierra con una media de 180 w/m2

(HENRY, 2000), pero tanto el valor como la distribución de la energía solar incidente varían en diferentes

partes del globo, e incluso en diferentes áreas de un país; sobre todo, por la latitud. Según Craig (2006)

esta energía tiene un potencial tan grande que si solamente se pudiese recuperar el 20 por ciento de la

misma, una superficie equivalente a la cuarta parte del tamaño de California sería suficiente para

abastecer todas las necesidades energéticas de Estados Unidos.

a) Energía solar de baja entalpía y su uso para calentamiento de agua doméstica o sanitaria. Los sistemas más usados para la recuperación directa (no concentrada) de energía solar producen

energía térmica de baja entalpía, en el sentido que las temperaturas obtenidas son bajas (menos de

100°C), y las cantidades de energía recogida por cualquier sistema son pequeñas. Esta energía térmica

de baja entalpía es muy adecuada para muchas aplicaciones, particularmente para calentar agua y

espacios interiores, dónde está encontrando cada vez más aplicación.

Todos los sistemas de calefacción implican la transferencia de energía calorífica, cuyos mecanismos

podrán ser: radiación (ondas), convección (calor transportado por masas calientes de materia), y

conducción (contacto entre partículas; ejemplo un tubo de metal transfiriendo calor de extremo a extremo)

(CRAIG, 2006).

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b) Energía solar de alta entalpía.

La generación de temperaturas por encima de los 100°C, o la producción de cantidades importantes de

energía, que se necesita para muchas operaciones industriales, exigen medios más sofisticados de

recolectar la energía solar que los que se describieron anteriormente. Según Duffie (2006) éstas pueden

conseguirse de dos formas principalmente: concentrando los rayos solares mediante lentes o espejos de

enfoque, o bien haciendo que la radiación incida en un material con el que pueda interaccionar para

producir una reacción química o una corriente eléctrica. A esta generación a altas temperatura se le llama

energía solar de alta entalpía.

2.6.2. Estado del arte y situación actual de la Energía Solar Térmica

La contribución de la solar térmica al consumo energético mundial sigue siendo muy escasa todavía,

pese a que empiezan a percibirse ciertos síntomas de cambio que permiten ser más optimistas de cara al

futuro. Al creciente interés de los ciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las ayudas e

incentivos que se han puesto en marcha muchos países del mundo y la reducción de los precios de los

captadores solares en algunos mercados especialmente activos como China o Japón.

En la actualidad, con una potencia instalada de 98,4 GW térmicos a finales del 2004 (Solar Heat

Worldwide, 2004) la capacidad de los equipos para captación de energía solar instalada en el mundo

supera a la de otras energías renovables.

Es así como la energía solar térmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan

sólo unos años, y no exclusivamente por lo que a la producción de agua caliente se refiere, sino también

en cuanto a la calefacción de viviendas y otras aplicaciones. Sin embargo, hoy en día la mayoría de los

captadores de energía solar térmica en el mundo son utilizados para agua caliente de consumo sanitario

(Fundación de la Energía para la Comunidad de Madrid – FENERCOM-, 2010).

A nivel mundial, el aporte de energía solar en sistemas de calefacción es el segundo en importancia

luego de las aplicaciones para agua caliente de consumo sanitario (FENERCOM, 2010). Ésta es una

aplicación que resulta especialmente interesante en países fríos y que se utiliza cada vez con mayor

frecuencia tanto para viviendas familiares como para todo tipo de instalaciones colectivas. Se trata de

una opción cada vez más valoradas en países como China, Australia, Nueva Zelanda y Europa, donde se

entiende la edificación desde una perspectiva global en la que la energía solar puede ofrecer soluciones

integradas en muy diversos ámbitos, y la calefacción constituye siempre un potencial muy atractivo.

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Finalmente entre las aplicaciones de la energía solar térmica en el mundo cabe también destacar

climatización del agua para piscinas. Esta aplicación sigue teniendo gran importancia en países como

Estados Unidos, Canadá, Australia y Austria (Solar Heat Worldwide, 2004).

Se calcula que aproximadamente el 40% de los captadores solares del mundo se encuentran en China.

Después de alcanzar una gran aceptación en pequeños municipios durante las décadas de los años 80 y

90, la energía solar térmica en la República Popular China ha penetrado con fuerza en ciudades de

medio y gran tamaño como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias disponen de agua caliente

gracias al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3 millones de toneladas de carbón al año, que evita la

emisión de más de 13 millones de toneladas de CO2 (RETSCREEN, 2010).

2.6.3. Colectores Solares Los colectores solares son equipos que captan la radiación solar y transmiten su energía a un fluido, el

cual puede ser directamente el agua a utilizar o algún otro fluido que transmitirá la energía térmica. De

acuerdo a la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid (FENERCOM, 2004) Existen 2 grupos

de colectores cuya clasificación se basa en si utilizan energía solar de alta o de baja entalpía.

a) Colectores solares sin concentración: No superan la temperatura de ebullición del agua y son

utilizados en aplicaciones térmicas de baja temperatura como la producción de agua caliente

sanitaria (FENERCOM, 2004)

b) Colectores solares con concentración: Mediante la concentración de la radiación solar con lentes

de enfoque u otro sistema, se pueden alcanzar temperaturas superiores a los 100ºC. Estos equipos

son utilizados en aplicaciones de medianas y altas temperaturas, como por ejemplo, para la

producción de electricidad (RETScreen, 2010)

El presente Proyecto considera en su evaluación de Energía Solar Térmica, colectores solares sin

concentración para calentamiento de agua sanitaria. De acuerdo al Manual Solar Térmico de la

FENERCOM (2004), existen dos tecnologías para este tipo de colectores:

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Colectores de Placa Plana Estos interceptan la radiación en una placa de

absorción en cuyo interior se encuentra un serpentín

por la que pasa el fluido portador. Éste se calienta al

pasar a través de los canales por transferencia de calor

desde la placa de absorción. La energía transferida por

el fluido portador, dividida entre la energía solar que

incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se

llama eficiencia instantánea del colector. Estos son

capaces de calentar el fluido transportador hasta unos

82ºC y obtener valores cercanos al 80% de eficiencia

(FENERCOM, 2004). Por lo anterior, este tipo de

colectores se han utilizado eficazmente para calentar

agua y también para calefacción. Figura Nº 2.3: Colector plano

Fuente: Fenercom, 2004

Colectores Heat-Pipe

Poseen una simetría cilíndrica, formados por dos

tubos uno exterior y uno interior con una capa de

pintura o material selectivo. El tubo interno

contiene un fluido de trabajo llamado también

superconductor por su extraordinaria capacidad y

velocidad para transferir el calor sin tener

prácticamente pérdidas ya que existe vacío en su

interior (RETSCREEN, 2010).

Figura Nº 2.4: Colector Heat-Pipe

Fuente: RetScreen, 2010

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2.6.4. Componentes de un Sistema Solar Térmico para Calentamiento de Agua Caliente Sanitaria (A.C.S.)

De acuerdo al Manual Técnico para Colectores Solares de la empresa española especialista en energía

solar LUMELCO (2009) un sistema solar para A.C.S. está compuesto por:

• Una superficie de colectores que capta la energía solar;

• Los tanques solares que permiten acumular la energía captada bajo la forma de agua caliente;

• Un circuito solar que une la superficie colectora a los tanques. Este circuito primario está compuesto por

distintos accesorios que garantizan la correcta operación del sistema: bomba impulsora, intercambiador

de calor, controlador de temperaturas para la mezcla de agua.

• Un circuito secundario que une el sistema solar al sistema de respaldo.

• Sistema de respaldo; el sistema solar puede estar conectado en serie a un sistema de respaldo que

proporcionará en forma automática la energía complementaria necesaria para calentar el agua a la

temperatura requerida. Este sistema de respaldo puede ser perfectamente el sistema de A.C.S.

existente. Si el sistema de producción de A.C.S. es instantáneo, es importante asegurarse que lleve un

control termostático, es decir que controla su aporte energético según la temperatura de entrada del

agua. De esta manera se evitará sobre calentamiento de agua, y desde luego, el riesgo que los usuarios

se quemen. Si no llevara control termostático, es recomendable cambiar el existente por un sistema que

lo integra, o instalar un conjunto de válvulas de corte que permiten elegir entre el agua calentada por el

sistema solar, o el agua calentada por el sistema tradicional existente. La segunda opción presenta la

desventaja que necesita la intervención del usuario para cambiar de sistema según el recurso solar, sin

embargo no presenta costos adicionales. Se recomienda la opción del control termostático.

2.7. Energía Geotérmica

El calor es una forma de energía y la energía geotérmica es el calor contenido en el interior de la Tierra

que genera fenómenos geológicos a escala planetaria (CRAIG, 2006). Según el mismo autor, el término

energía geotérmica es a menudo utilizado para indicar aquella porción del calor de la Tierra que puede o

podría ser recuperado y explotado por el hombre.

Al igual que para la energía solar térmica, existen recursos geotérmicos de baja, media y alta entalpía (o

temperatura (HENRY, 200), los cuales tienen distintas aplicaciones como para calefacción, refrigeración,

producción de energía eléctrica mediante vapor, y otras.

20

2.8. La Evaluación de proyectos. La evaluación de proyectos toma como base el hecho de que todos los recursos son escasos y al mismo

tiempo con múltiples posibilidades de empleo y por lo tanto de uso selectivo. Se trata entonces de

seleccionar aquella alternativa de uso de recursos que mayores ventajas o beneficios nos proporcione

(BACA, 2005).

Para llevar a cabo esta selección, y demostrar que el destino de estos recursos sea el óptimo se debe

establecer un patrón determinado que nos permita efectuar una comparación razonable de los distintos

proyectos de inversión (SAPAG, 2007). La correcta valoración de los beneficios esperados permitirá

definir en forma satisfactoria el criterio de evaluación que sea más adecuado. Por otro lado, la clara

definición de cuál es el objetivo que se persigue con la evaluación constituye un elemento clave para

tener en cuenta en la correcta selección del criterio evaluativo.

Pueden existir diferencias en la apreciación que tenga un proyecto si es analizado bajo el punto de vista

privado o social. En este sentido Sapag (2007) afirma que será el marco de la realidad económica e

institucional vigente en el país quien defina en mayor o menor grado el criterio imperante en un momento

determinado para la evaluación de un proyecto. Sin embargo, cualquier sea el marco en el que el

proyecto esté inserto, siempre existirá un criterio económico que nos permita conocer las ventajas y

desventajas cualitativas y cuantitativas que implica la asignación de recursos escasos a un determinado

proyecto de inversión.

2.8.1. Metodología para Análisis y Evaluación de Proyectos

Sapag (2007) presenta una metodología que consta de 3 etapas generales;

a) Perfil

Es básicamente la idea del proyecto con sus características generales.

Para ayudarnos a seleccionar una idea o perfil de entre múltiples alternativas, existen métodos

cuantitativos que simplifican la toma de decisiones.

b) Revisión de Pre-factibilidad.

Este estudio profundiza la investigación de la "idea" o "perfil" del proyecto, basándose principalmente en

información de fuentes secundarias para definir con cierta aproximación las variables principales referidas

al mercado, a las alternativas técnicas, y a la capacidad financiera de los inversionistas, entre otros. En

21

términos generales, se "estiman" las inversiones probables, los costos de operación, y los ingresos que

demandará y generará el proyecto.

Fundamentalmente esta etapa se caracteriza por descartar soluciones que no requieran mayores

elementos de juicio. Lo importante es tener claro que es una investigación basada en información

secundaria, no demostrativa. De todas maneras se da un proceso de selección de alternativas. La

aproximación de las cifras hace recomendable la sensibilización de los resultados obtenidos.

Como resultado de este estudio, surge la recomendación de su continuación a niveles más profundos, su

abandono o postergación hasta que se cumplan ciertas condiciones mínimas que deberán explicitarse.

c) Estudio de Factibilidad.

Este estudio es más acabado que el anterior y en él se profundizan las alternativas que no fueron

rechazadas ni postergadas por el estudio previo. Éste estudio se elabora sobre la base de antecedentes

precisos obtenidos mayoritariamente a través de fuentes primarias de información. Las variables

cualitativas son mínimas, comparadas con los estudios anteriores. El cálculo de las variables financieras

y económicas deben ser lo suficientemente demostrativos para justificar la valoración de los distintos

ítems. Se puede profundizar el estudio de la "mejor alternativa".

2.8.2. Alcance del Estudio del Proyecto.

Dentro del estudio de factibilidad, existen Según Sapag (2007), 5 estudios particulares que deben

realizarse al momento de evaluar un proyecto. Ellos son los de viabilidad comercial, técnica, legal,

organizacional y financiera o económica dependiendo del caso. Cualquier de ellos que llegue a una

conclusión negativa determina que el proyecto no se lleva a cabo.

Normalmente el estudio de una inversión se centra en la viabilidad económica, tomando como referencia

el resto de las variables, sin embargo, cada una de las otras variables puede hacer que el proyecto no se

lleve a cabo. Se trata entonces de determinar precisamente cuales de ellas influirán o no en la evaluación

del proyecto.

Sapag (2007) relaciona el estudio de viabilidad comercial con el mercado de un producto o servicio

ofrecido por el proyecto. Por otro lado el mismo autor, señala que el estudio de viabilidad técnica analiza

las posibilidades materiales, físicas y químicas, condiciones y alternativas de producir el bien o servicio

que se desea generar con el proyecto. Sin embargo, Hernández (2005) sugiere una evaluación integral,

ya que un estudio puede ser comercialmente viable y técnicamente factible, pero podrían existir algunas

restricciones legales que no permitan llevar el proyecto a cabo.

22

El estudio de factibilidad organizacional pretende establecer si existen las condiciones mínimas

necesarias para garantizar la viabilidad de la implementación, tanto en lo estructural como en lo funcional.

Finalmente el estudio de viabilidad financiera de un proyecto determina, normalmente y en último término,

la aprobación o rechazo de éste (HERNÁNDEZ, 2005). Este mide la rentabilidad que retorna la inversión,

todo medido en bases monetarias.

La profundidad con que se analice cada uno de estos cinco elementos dependerá, como se señaló, de

las características de cada proyecto.

Para el caso particular de la evaluación de proyectos de energías limpias en la III Brigada Aérea de la

Fuerza Aérea de Chile, nos interesa principalmente el estudio de viabilidad técnica y el estudio de

viabilidad financiera, por lo que profundizaremos en estos dos conceptos.

2.8.3. Estudio de Viabilidad Técnica

En el estudio de viabilidad financiera de un proyecto, el estudio técnico tiene por objeto proveer

información para cuantificar el monto de las inversiones y costos de operación pertinentes a esta área

(SAPAG, 2007). Así como también verificar la viabilidad técnica y operativa de la alternativa a evaluar.

Como se mencionó anteriormente viabilidad técnica significa estudiar las posibilidades materiales, físicas

y químicas, condiciones y alternativas de producir el bien o servicio que se desea generar con el

proyecto.

Uno de los resultados de este estudio será definir la función de producción que optimice la utilización de

los recursos disponibles en la producción del bien o del servicio del proyecto. En particular, desde este

estudio debemos determinar las características de los equipos a utilizar para la operación y el monto de

las inversiones correspondientes. Del análisis de las características y especificaciones técnicas de los

equipos se podrá determinar la disposición de estos, lo que a su vez nos permitirá determinar las

necesidades de espacio físico para la operación.

La definición del tamaño del proyecto es fundamental para la determinación de las inversiones y costos

que se derivan del estudio técnico.

Para la presente investigación, se debe realizar en esta parte del análisis, la evaluación de las

alternativas tecnológicas existentes y cómo podrían ser técnicamente viables para incluir en la gestión

energética de la III Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt.

23

2.8.4. Estudio de Viabilidad Financiera

Podemos evaluar proyectos de inversión, que en este caso son proyectos energéticos o alternativas

energéticas, de igual forma a como evaluamos otro tipo de proyectos financieros. A continuación

detallaremos el modelo del Valor Actual Neto que nos permite realizar la evaluación financiera de

proyectos o inversiones, y que será el modelo a utilizar en la presente investigación.

a) Valor Actual Neto (VAN)

El valor actual neto de un proyecto de inversión es la suma algebraica del valor actualizado de todos los

flujos de fondos (cobros y pagos, o ingresos y egresos) que se hayan realizado, o se han de realizar en el

futuro en relación con él, durante un período determinado de tiempo (BACA, 2000).

De acuerdo con el modelo del valor actual neto (VAN), si se trata de evaluar un solo proyecto de

inversión, una empresa puede razonablemente emprender todo aquel cuyo valor actual neto sea positivo,

o al menos igual a cero. Si se trata de elegir entre varios proyectos excluyentes entre sí, debería

emprender aquellos cuyo valor actual neto sea superior al de los demás.

Para el presente estudio se deberán incluir en el modelo del VAN, entre otros; inversión inicial, ahorros

estimados, mantención de los equipos y cualquier otro egreso que pueda existir durante el período que

dure el proyecto.

b) Tasa Interna de Retorno (TIR) Como señala Bierman (2006), la TIR representa la tasa más alta que un inversionista podría pagar sin

perder dinero, si todos los fondos para el financiamiento de la inversión se tomaran prestados y el

préstamo se pagara con las entradas en efectivo de la inversión a medida que se fuesen produciendo. En

términos simples, diversos autores la conceptualizan como la tasa de interés con la cual el Valor Actual

Neto es igual a cero.

Es por supuesto un indicador de rentabilidad del proyecto; a mayor TIR, mayor rentabilidad.

c) Análisis de Sensibilidad

Una completa evaluación de proyectos de inversión, se realiza evaluando el proyecto en condiciones de

certidumbre y también evaluando sobre la base de antecedentes y variables poco o nada controlables por

parte de la organización o empresa que pudiera implementar el proyecto (SAPAG, 2007).

24

En este sentido, Sapag (2007) plantea como una forma de incorporar el factor riesgo a los resultados

pronosticados para el proyecto, la alternativa de desarrollar un análisis de sensibilidad que permita medir

cuán sensible es la evaluación realizada a variaciones en uno o más parámetros decisorios.

d) Otros factores para la evaluación de proyectos de inversión energéticos.

Hay otras consideraciones de índole práctica que pueden afectar al proceso de toma de decisiones al

evaluar proyectos de ahorro energético. Veamos algunas de las más importantes:

• Las medidas de apoyo vigentes, establecidas por organismos oficiales, pueden contribuir a modificar

los costos de la inversión: ayudas, subvenciones, créditos blandos, etc. En algunas ocasiones, estas

ayudas se obtendrían al iniciar el proyecto o bien con posterioridad, lo que supondría la generación de

beneficios adicionales.

• Relacionado con lo anterior, está el tema de los impuestos, lo que podría dar lugar a reducciones de

costos por la vía de exenciones o desgravaciones.

• Las variaciones de los precios de energía que se sustituye es un elemento de gran importancia, y a la

vez sujeto a un margen de incertidumbre notable. La tasa de incremento prevista en los cálculos

podría no reflejar la posterior evolución de estos precios, muy en particular en el caso de los

combustibles.

• La tasa de inflación, que afecta al conjunto de la economía, no ha sido considerada, al menos

explícitamente (de forma separada).

e) Efecto de la inflación. La tasa de inflación es el ritmo de incremento que sufre el precio medio de un amplio conjunto de bienes

y servicios (MENESES, 2005). En el contexto energético, la inflación es la media ponderada de los

incrementos en los precios de los combustibles, costos de mantenimiento, mano de obra (por ejemplo

salarios), equipos, e instalación, etc. La tasa de inflación puede expresarse formalmente en base al IPC y

el efecto de esta, es que el valor del dinero decrece con el transcurso del tiempo. En cierto modo, la

inflación opera de forma similar al mecanismo de remuneración del dinero vía intereses.

25

3. DISEÑO METODOLÓGICO La presente investigación presenta una metodología de Evaluación de Proyectos de ERNC (ERNC) que

se divide en dos partes. La primera considera una metodología transversal y general para selección de

proyectos de ERNC que son susceptibles de ser evaluados. La segunda considera Modelos de

Evaluación Técnico-Financiera para Proyectos Energéticos, que son específicos para la fuente de

energía seleccionada en la primera etapa de la metodología.

Siguiendo la metodología de evaluación de proyectos de Sapag (2007), la primera etapa considera

información de carácter primario y mayormente información cualitativa, debido a que nos encontramos en

la etapa de Perfil de los proyectos. Podremos en esta etapa descartar opciones que no merecen, por

criterio común, ingresar a la siguiente etapa de evaluación.

Como se mencionó, la segunda fase de la metodología es un Modelo de Evaluación Técnica y Financiera

para Proyectos de ERNC que considera información de tipo secundaria (SAPAG, 2007). Es decir,

información más precisa y detallada que nos permitirá realizar una evaluación más profunda de los

proyectos. En esta etapa se realizan los cálculos correspondientes a la evaluación de viabilidad técnica y

financiera.

La finalidad de la presente investigación es, sentar las bases un marco teórico y metodológico que

permita evaluar Proyectos de ERNC susceptibles de ser incorporados en la gestión energética del Casino

de Suboficiales Jaime Badilla de la III Brigada Aérea, y que posteriormente permita replicar y utilizar esta

metodología de evaluación, en empresas, instituciones, o personas naturales que requieran evaluar

proyectos de este tipo.

26

Figura nº 3.1 Metodología de la Investigación

Fuente: Elaboración propia.

27

3.1. Preparación de los Proyectos de Energías Renovables no Convencionales Para el inicio de la evaluación de Alternativas ERNC, se debió establecer y acotar el lugar o área de

estudio.

Para llevar a cabo la primera parte de la investigación, se establecieron entre las partes interesadas, los

posibles lineamientos de la investigación, en cuánto a deficiencias existentes en la gestión de recursos

energéticos, y a posibles alternativas de proyectos de Energías Renovables no Convencionales que

podrían ser evaluados para apoyar la óptima gestión de los recursos energéticos.

3.2. Diagnóstico y Recolección de Antecedentes para el Desarrollo del Estudio 3.2.1. Diagnóstico de fuentes de energía, usos y demanda energética El desarrollo inicial de la metodología identificó las fuentes de energía que se utilizan en la dependencia

en estudio. También fue necesario identificar los usos que tienen asignados cada una de estas fuentes

energéticas en la dependencia. Esta información se utilizó posteriormente, para establecer los puntos

energéticos críticos en los cuales se detectó la posibilidad de incorporar proyectos de ERNC.

La recolección de esta información se realizó mediante un diagnóstico preliminar para el desarrollo de

este estudio. El diagnóstico fue de carácter exploratorio, el cual también se denomina auditoría de

recorrido, puesto es sencillo y rápido de realizar. Esta auditoría de recorrido se realizó a través de visitas

de reconocimiento general a las dependencias del Casino de Suboficiales Badilla y mediante entrevistas

a personal de distintas unidades de la III Brigada Aérea.

Se realizó una primera visita, como parte de la auditoría de recorrido, al Casino de Suboficiales Badilla la

cual tenía como objetivos:

• Recorrer e identificar las dependencias del Casino tanto interior como exteriormente, para poder

facilitar identificación de puntos críticos de consumo energético.

• Identificar Fuentes de suministro energético, para realizar catastro de consumos energéticos o puntos

críticos de consumo en función de su demanda energética.

• Realizar mediante observación, un catastro de usos de energía en las instalaciones, para poder

determinar aplicabilidad de fuentes energéticas no convencionales

28

• Realizar una estimación del nivel de consumo de cada tipo de energía, mediante recopilación de datos

de consumo históricos, y así poder establecer puntos críticos susceptibles de incluirse en el proyecto.

3.2.2. Recopilación de Antecedentes para el Desarrollo del Estudio La presenta metodología requirió la recopilación de datos e información para el desarrollo tanto de la fase

inicial de elaboración del perfil del proyecto, como también para las fases siguientes de pre-factibilidad y

factibilidad técnica y financiera.

Los antecedentes que se recopilaron son los siguientes:

a) Datos de consumos energéticos: Fue necesario recopilar datos de consumo energéticos de

petróleo, gas y electricidad en sus unidades energéticas correspondientes (litros/mes, m3 /mes y

kWh/mes respectivamente), para posteriormente incluirlos en el estudio de pre-factibilidad y de

viabilidad técnica y financiera.

b) Datos de consumo energéticos en unidades monetarias (pesos): Información necesaria para realizar

el estudio financiero y económico del proyecto (se utilizaron datos de consumos energéticos año 2010

en unidades energéticas y en unidades monetarias).

c) Ubicación geográfica de la dependencia: Información necesaria para evaluar el potencial del

recurso energético renovable en el lugar.

d) Tasa de ocupación de dependencias del casino: Este parámetro es muy importante, ya que

permitirá cuantificar el impacto y funcionalidad que tenga la implementación del Proyecto de ERNC

durante su vida útil.

e) Tecnologías de ERNC disponibles en el mercado nacional y local: Se investigaron las tecnologías

energéticas disponibles que fueran factibles de incorporarse a la gestión energética del Casino Badilla.

Además se realizaron entrevistas informales a personas relacionadas con el rubro energético, que

realizaron sugerencias para el estudio. Fue importante conocer las tecnologías disponibles en el

mercado para determinar si el recurso energético existente en el lugar era aprovechable o no.

f) Costos de las tecnologías de energías renovables disponibles: Junto a la revisión tecnológica en

internet, entrevistas y visitas a empresas, se solicitaron cotizaciones de los equipos a los proveedores

para definir los costos de las distintas tecnologías. Estos costos fueron necesarios para realizar una

primera selección de alternativas de proyectos energéticos. Posteriormente se debió recopilar

información más detallada sobre este ítem.

29

3.3. Selección Preliminar de Alternativas de Proyectos Energéticos

Considerando del diagnóstico preliminar, el análisis de los puntos críticos de consumo energético, y una

revisión de información de las tecnologías de energías limpias existentes y su aplicabilidad preliminar en

las dependencias en estudio, se establecieron las siguientes alternativas de Proyectos de ERNC:

3.4. Análisis Multicriterio para selección y elaboración de Perfiles de Proyectos de ERNC

Para seleccionar la o las alternativas de proyectos, se utilizó el Análisis Multicriterio para facilitar la

decisión de escoger las alternativas de proyectos energéticos que mejor satisficieran nuestros objetivos y

requerimientos.

A continuación se describe el método a utilizar en la presente investigación para seleccionar y formular

los perfiles de proyectos de ERNC de entre varias alternativas. 3.4.1. Análisis Multicriterio El análisis multicriterio es un método descrito por Anderson y Williams en su libro "Métodos Cuantitativos

para los Negocios" (2004), que permite considerar problemas con múltiples objetivos y alternativas, con

información cuantitativa y cualitativa. La complejidad de estos problemas radica en que una alternativa

puede ser considerada como la mejor en función de un objetivo y la peor en función de otro. Los

problemas de decisión tienen que ver con 2 o más criterios, los cuales están en conflicto entre sí en el

momento en el que el decisor busca identificar la mejor alternativa. Esto hace que, para alcanzar la meta

de seleccionar la alternativa prioritaria sea necesario un trueque entre los múltiples criterios.

En la presente investigación, el análisis multicriterio permitió diferenciar las mejores alternativas de

proyectos de ERNC que sean susceptibles de incorporar en la gestión energética del Casino de

Suboficiales Badilla.

30

3.4.2. Método del Scoring

A continuación se introduce un método multicriterio de apoyo a la toma de decisiones entre alternativas

llamado Scoring. Roche (2005), catedrático de la Universidad de la República de Uruguay, señala que

este método parte de la base que el decisor debe establecer la importancia relativa de cada uno de los

objetivos para luego definir una estructura de preferencias entre las alternativas identificadas. El resultado

final es una clasificación de las alternativas, indicando la preferencia general asociada a cada una de

ellas, lo que permite identificar la mejor alternativa a recomendar o evaluar.

Según Roche (2005) el método del Scoring es una manera rápida y sencilla para identificar la alternativa

preferible en un problema de decisión multicriterio, y se utilizó para seleccionar las alternativas de

proyectos de ERNC con mejores características para continuar el proceso de evaluación.

Las etapas del método son las siguientes (ROCHE, 2005):

(1) Identificar la Meta General del Problema

(2) Identificar las alternativas

(3) Listar los criterios a emplear en la toma de decisión

(4) Asignar una ponderación para cada uno de los criterios

Con el objetivo de dar prioridad a aquellos criterios de selección más relevantes para la selección de las

alternativas, se utilizó la siguiente escala de ponderación:

Tabla Nº 3.1: Escala de ponderación para criterios de selección de acuerdo a su importancia

Fuente: Elaboración propia

Ponderación Significado1 Muy poco importante2 Poco importante3 Importancia media4 Bastante importante5 Muy importante

31

(5) Establecer en cuanto satisface cada alternativa a nivel de cada uno de los criterios

Para determinar el nivel de cumplimiento para los criterios de selección de las alternativas energéticas a

evaluar, se utilizó el siguiente rating de satisfacción con escala de 7 puntos:

Tabla Nº 3.2: Rating de satisfacción de las alternativas energéticas para los criterios de selección

Rating de Satisfación Valor Nivel de Satisfacción 1 Muy bajo 2 Bajo 3 Poco bajo 4 Medio 5 Alto 6 Muy alto 7 Extra alto

Fuente: Elaboración propia

(6) Calcular el Score para cada una de las alternativas

Modelo para calcular el Score:

(3.1)

Fórmula 3.1: Fórmula para calcular el score de cada alternativa

Donde: rij = rating de la Alternativa j en función del Criterio i

Wij = ponderación para cada criterio i

Sj = Score para la alternativa j

(7) La alternativa con el Score más alto representa la alternativa a recomendar

Este análisis utilizó una matriz de decisión que se utiliza para la selección de alternativas de proyectos

energéticos. La matriz incluye criterios de decisión para perfiles de proyectos de ERNC que serán

explicados en los Resultados y Análisis.

3.5. Preparación de Perfiles de los Proyectos de ERNC

Con la información recopilada durante el diagnóstico, se detectaron oportunidades existentes para la

aplicación de energías renovables. De esta forma se fueron construyendo y conceptualizando los perfiles

de los proyectos de ERNC.

Fue necesario confeccionar los perfiles de los proyectos para que éstos sean sometidos a un análisis

preliminar, de tal forma de poder descartar alternativas no viables a criterio común.

32

3.6. Formulación de los Proyectos de Energías Renovables no Convencionales

Luego de haber seleccionado las alternativas de proyectos mejor evaluados por el Análisis Multicriterio y

haber elaborado los perfiles de los Proyectos de ERNC, se prosiguió a definir las características

generales de los proyectos. RETSCREEN (2010) señala en sus distintos manuales de evaluación

energética, caracterizaciones generales para proyectos energéticos, en las cuales se señalan los ítems

relevantes que se deben incluir en evaluaciones de este tipo.

En esta etapa se realizó una evaluación más profunda de las alternativas seleccionadas en la fase

anterior. Para esto se recopiló información secundaria sobre los proyectos energéticos seleccionados.

Se conceptualizaron los proyectos de ERNC de forma más acabada. Se incorporó mayor información

técnica al proyecto de tal forma de acotarlo y conceptualizarlo con mayor profundidad. Se solicitó

información técnica a empresas proveedoras de tecnologías a través de los catálogos y características

técnicas de los equipos a considerar. En esta etapa también se describió el alcance del proyecto

energético y la finalidad que éste tiene.

3.7. Revisión de Pre-Factibilidad de los Proyectos de ERNC

En función del proyecto energético seleccionado y de su fuente energética, se analizaron algunas

variables técnicas, indispensables para la viabilidad y desarrollo del proyecto. A continuación se

describen los ítems que se incluyeron en el análisis para cada tipo de proyecto energético.

3.7.1. Revisión de Pre-Factibilidad para Proyectos Solares Térmicos para calentamiento de A.C.S.

Se detallan los elementos que se consideraron verificar la Pre-factibilidad del Proyecto Solar Térmico

para A.C.S:

a) Radiación Solar en la ubicación de las dependencias

Del nivel de radiación solar existente en el lugar en evaluación, dependerá en primer lugar la viabilidad

del proyecto, y en segundo lugar el nivel de ahorro que podamos tener sobre las fuentes energéticas

convencionales.

33

b) Ocupación de la dependencia y evaluación de las necesidades de A.C.S.

Mientras más ocupación de la dependencia exista, mayor impacto generará la implementación de un

proyecto de ERNC. De la misma forma, mientras mayores sean las necesidades de A.C.S. la

aplicabilidad de un proyecto de este tipo será mayor.

c) Infraestructura y ubicación de los baños.

Tomando en consideración la estructura de un equipo solar térmico (Ver anexos), debemos evaluar si la

infraestructura de la dependencia y la ubicación de los baños permitirán la instalación e implementación

de estos sistemas.

d) Superficie disponible en la techumbre para instalación de colectores solares.

Si las necesidades de A.C.S. son altas y por ende existe un requerimiento energético mayor, será

necesaria una mayor superficie disponible para la instalación de colectores. Por lo anterior, la superficie

disponible para instalar los colectores solares de un sistema solar térmico es determinante para la

viabilidad técnica del proyecto.

e) Obstáculos que proyecten sombra sobre la superficie escogida para instalación del sistema de

colectores solares.

Es posible que el nivel de radiación solar permita la evaluación preliminar del proyecto, así como también

todas las otras variables anteriores sean favorables, sin embargo este último factor puede ser

determinante a la hora de la instalación de los colectores en términos de viabilidad técnica.

3.7.2. Revisión de Pre-Factibilidad para Proyectos Eólicos de Pequeña Escala

La variable más importante que se debe considerar y que se consideró en este estudio al momento de

comenzar a evaluar un proyecto Eólico, es la disponibilidad de este recurso través de los datos de vientos

del lugar en evaluación.

Este antecedente es el más relevante al momento de evaluar la pre-factibilidad de un proyecto de energía

eólica, puesto que dependerá del potencial eólico la viabilidad del proyecto y además la cantidad de

energía eléctrica que podamos generar.

Por supuesto lo ideal es realizar un estudio anual de vientos que permita establecer las variaciones

diarias y estacionales de los vientos, para poder determinar así el potencial eólico del lugar (ver marco

teórico). Sin embargo, como es el caso de esta investigación, no se disponía del tiempo necesario para

34

realizar este estudio eólico. Para la presente investigación y metodología, se utilizaron bases de datos de

vientos que fueron accesibles para consulta vía internet y además se utilizó el software de libre acceso

RetScreen que posee bases de datos de vientos para distintos lugares del mundo.

3.8. Estudio de Factibilidad de los Proyectos de ERNC 3.8.1. Estudio de viabilidad técnica y viabilidad financiera

Dependiendo de la alternativa energética o proyecto a evaluar, se realizó un estudio de viabilidad técnica

mediante modelos de evaluación técnico-financiera para proyectos de ERNC que se detallan a

continuación en este capítulo. Estos modelos de evaluación energéticos permitieron, mediante distintas

herramientas, calcular los aportes energéticos generados por el proyecto y los requerimientos energéticos

totales de las instalaciones. Esta evaluación también incluyó el pre-dimensionamiento de los equipos. El

análisis previo es necesario para la posterior evaluación de viabilidad financiera. El estudio de viabilidad financiera se realizó de acuerdo a lo expuesto en el marco teórico del presente

estudio en el apartado de "Evaluación de Proyectos". Se debió tener en cuenta que en general este tipo

de proyectos a pequeña escala, es de ahorros y no generador de ingresos, puesto la capacidad de

generación normalmente no alcanza para poder exportar energía y venderla. Por ende, para efectos del

flujo neto del proyecto se consideraron los ahorros generados por el proyecto como los ingresos de éste.

Sapag (2007), señala que existen proyectos de inversión en los cuales se pueden identificar ingresos

directos asociados a la inversión donde el beneficio está dado por el ahorro de costos que pueda

observarse entre la situación base y la situación con proyecto, y que en estos casos particulares los

ahorros son susceptibles de ser incluidos como ingresos en los flujos netos.

Por otra parte se consideró que por lo general en este tipo de proyectos los ahorros generados por el

proyecto no superan los costos energéticos totales, por ende, el Valor Actual Neto que se obtuvo de la

situación actual con proyecto fue negativo. Debido a lo anterior, no fue posible utilizar la Tasa Interna de

Retorno (TIR) ya que al tener el VAN un valor negativo, la TIR pierde su aplicación para el presente

proyecto. Esto se debió tener en cuenta a la hora de analizar los resultados de los indicadores

económicos de rentabilidad.

Es importante destacar que la metodología utilizada en esta etapa dio lugar a un Modelo de

Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de ERNC, basado en el análisis incremental, es decir, en

la comparación de la situación actual contra la situación con proyecto, evaluando los beneficios

económicos y ambientales que se generarían con la implementación del proyecto.

35

Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de ERNC

El presente modelo se aplicó a nivel de la etapa de factibilidad del estudio y comprende las siguientes

etapas:

Figura Nº 3.2 Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de ERNC

Fuente: Elaboración propia

A continuación se describe el Modelo de Evaluación de Proyectos de ERNC utilizado para el cual las dos

primeras etapas corresponden a entrada de datos para realizar la evaluación técnica y económica. Los

datos necesarios se han recopilado en etapas anteriores.

a) Caracterización a través de parámetros técnicos generales e información económica básica

Se consideraron en este ítem número de instalaciones, tamaño de las instalaciones, superficie necesaria

para el proyecto, superficie disponible, tecnología existente, consumos energéticos. Con estos datos se

realizó el pre-dimensionamiento de las instalaciones para el proyecto energético.

36

En relación a la información económica básica se incluyeron costos de la inversión inicial, costos

operativos de las instalaciones y costos de mantenciones, costos de energía desplazada, tendencias de

los precios de la energía durante la duración del proyecto bajo distintos escenarios. Todo lo anterior será

útil para poder estimar los indicadores de rentabilidad del proyecto. Esta información se recopiló mediante

cotizaciones a empresas proveedoras de tecnología y búsqueda de estudios energéticos como el

International Energy Outlook del U.S. Department of Energy.

b) Modelo energético que permite estimar la energía generada o sustituida anualmente El modelo energético que permitió estimar la energía generada o sustituida anualmente se apoya también

en las 2 siguientes etapas de dimensionamiento de instalaciones y cálculos económicos, que en su

conjunto sirvieron para valorar la viabilidad económica del proyecto. Estos cálculos se realizaron teniendo

en cuenta la situación actual y la situación con el proyecto implementado, con el objeto de buscar los

indicadores de rentabilidad durante la vida útil del proyecto.

Estos cálculos fueron realizados con apoyo de dos software computacionales, SOLO 2000 para

proyectos de energía solar térmica, y RETScreen que permite evaluar distintos tipos de proyectos de

ERNC. Ambos software serán comentados posteriormente. Dependiendo del tipo de modelo energético a

utilizar se pudo realizar los cálculos mencionados en planillas de cálculo de Excel. El modelo energético,

fue sumamente importante para cumplir los objetivos de este proyecto puesto que nos permitió estimar la

energía generada anualmente con el proyecto energético, o lo que es lo mismo, la energía que podremos

sustituir con la implementación del proyecto en un período dado.

De acuerdo a metodologías consultadas, y a consultas con empresas proveedoras, existen distintos

modelos energéticos para estimar la energía generada, los cuales dependerán de la fuente energética

que contemple el proyecto.

Dependiendo del modelo energético utilizado y el tipo de proyecto evaluado, se pudo establecer los

siguientes parámetros para los proyectos:

b.1. Requerimientos energéticos totales en las áreas de interés

Fue fundamental poder establecer cuánta energía era la requerida en las áreas de interés en las cuales

se enfocaron los proyectos energéticos, para poder realizar el pre-dimensionamiento de las instalaciones,

y poder realizar el balance energético entre los requerimientos y el aporte energético del proyecto.

37

b.2. Energía aportada por los proyectos energéticos evaluados

Este parámetro se utilizó para calcular el balance energético del proyecto, con el cual posteriormente se

estimaron los índices de rentabilidad del proyecto.

b.3. Productividad energética de los proyectos evaluados

Este parámetro fue importante para determinar la eficiencia del proyecto en términos de su

dimensionamiento, y establecer el tamaño óptimo de las instalaciones, especialmente para el proyecto

Solar Térmico para A.C.S.

b.4. Balance energético mensual o anual con proyecto

Luego de haber establecido los requerimientos totales y la energía aportada por los proyectos

energéticos, fue posible realizar el balance energético en distintas unidades temporales, con el fin de

poder realizar el análisis económico-financiero con sus respectivos índices de rentabilidad.

c) Pre-dimensionamiento de los proyectos El pre-dimensionamiento de los proyectos se realizó mediante el uso de los software mencionados

anteriormente; SOLO 2000 y RetScreen. Estos softwares son alimentados con los datos e información

que la metodología y el modelo energético requieren. Posteriormente el pre-dimensionamiento permitió

realizar los cálculos económicos y finalmente obtener los indicadores financieros de decisión de inversión.

d) Cálculos económicos

Mediante el uso de planillas Excel, se realizaron los cálculos de montos de inversión, costos evitados de

la energía desplazada, incrementos en precios de energía y otros. Se utilizaron sumatorias, tasas

anuales (%) de incremento de precios a lo largo de la vida del proyecto, y operaciones matemáticas

básicas.

e) Indicadores de Rentabilidad; VAN y Ahorros Acumulados durante la vida del proyecto. Los Flujos Netos del Proyecto se proyectaron tomando en cuenta todos los elementos anteriores; costos

de la tecnología, modelo y balance energético, pre-dimensionamiento de los equipos y nº de

instalaciones, incrementos en el precio de la energía, etc. Así se obtuvieron los resultados del modelo del

Valor Actual Neto y también los Ahorros acumulados que se tendrán durante la duración del proyecto.

38

f) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios

Se evaluó cómo se ven afectados los resultados de los Proyectos de ERNC (VAN, ahorros acumulados)

al variar las variables de mayor impacto en la rentabilidad de estos proyectos. Entre estas variables se

encuentran: Dimensión de los equipos y tasas de incremento (%) del precio de la energía a sustituir

durante la vida útil del proyecto energético.

3.8.2. Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos Solares Térmicos para Agua de Consumo Sanitario (A.C.S.)

A continuación se procederá a explicar detalladamente los pasos del modelo de evaluación utilizado para

el Proyecto Solar Térmico para A.C.S.

a) Caracterización de parámetros técnicos generales e información económica básica de Sistemas Solares Térmicos para A.C.S.

En esta etapa se requieren los siguientes antecedentes:

a.1. Datos de consumo de agua

Se solicitaron datos de consumo de agua de las dependencias evaluadas, para contrastar posteriormente

el consumo de agua total en éstas con la estimación de consumo de A.C.S. realizada en base a

estadísticas de consumo por persona de este ítem. El consumo de A.C.S. estimado debiera ser menor al

consumo total de agua en las dependencias.

a.2. Capacidad de uso mensual de las dependencias

Se caracterizó la capacidad de uso que tiene el establecimiento por mes. El indicador a utilizar debe ser

personas / mes, que utilicen el A.C.S. Este parámetro fue necesario para realizar la estimación de

consumo de A.C.S. en el lugar de estudio.

a.3. Régimen de consumos de agua sanitaria diarios y mensuales.

Se caracterizó el régimen diario de consumo de A.C.S., es decir, si el consumo se realiza por ejemplo en

horas de la mañana, horas de la tarde, u horas de la noche. Además se caracterizó el régimen mensual

de consumo de A.C.S., debido a que en los meses de verano la radiación solar es mayor, por ende, si

hay un consumo importante durante estos meses, el aporte solar térmico total tiene una mayor

39

importancia en el sistema de calentamiento de agua sanitaria y en los requerimientos energéticos

anuales, por lo tanto el proyecto se hace más rentable, más eficiente y eficaz.

Este parámetro también fue necesario para realizar la estimación de consumo de A.C.S. anual en el lugar

de estudio.

a.4. Ubicación geográfica de las dependencias

Se determinó la ubicación geográfica de las dependencias para poder caracterizar las radiaciones solares

promedio mensuales para las dependencias o lugares en estudio. De esta forma se pudo calcular el

aporte solar anual (kw/m2) de los proyectos.

a.5. Base de datos de irradiación solar

Los datos de irradiación solar fueron tomados desde la World Radiation Data Center (WRDC), base de

datos de Rusia, a quien la Dirección Meteorológica de Chile envía mensualmente los datos de

radiaciones diarias de distintas localidades del país. Se recopilaron datos desde el año 2000 al año 2009

y se establecieron promedios mensuales de radiación diaria.

a.6. Base de datos de temperatura

Los datos de temperatura diarios mensuales se obtuvieron de la Dirección Meteorológica de Chile.

a.7. Características técnicas de los colectores solares térmicos

Para poder evaluar el presente proyecto solar térmico, fue imprescindible conocer las características

técnicas de los colectores solares que conformarán el sistema solar térmico. Esta información se obtuvo

de informes técnicos encontrados en Internet, o bien fueron solicitados al distribuidor o fabricante de los

colectores en sus manuales técnicos respectivos.

Como se explica más adelante en esta metodología, a partir del tipo de información técnica que se

obtuvo fue posible construir dos modelos energéticos para sistemas solares térmicos para A.C.S. Estos

modelos permitieron cuantificar el aporte de los colectores al sistema solar bajo el consumo establecido.

Los modelos energéticos y sus cálculos se construyeron con la ayuda de un software y también con el

apoyo de planillas de cálculo. De éstos modelos se obtuvieron la cantidad de colectores necesaria, el

aporte energético del sistema solar térmico y productividad, entre otros.

40

Para realizar el pre-dimensionado de la superficie a utilizar con colectores solares fue necesita conocer

algunos coeficientes de transmisión de calor y pérdidas energéticas de los colectores y/o rendimientos de

captación de radiación solar.

Los datos necesarios son los coeficientes de transmisión del colector:

- El factor o rendimiento óptico (n0 entre 0 y 1)

Es el máximo rendimiento teórico que se puede obtener con el equipo.

- Factores de pérdida (α1 y α2, en W/m2 ºC)

- Eficiencia de captación de radiación solar (%) o curva de eficiencia

La curva de eficiencia de los colectores solares es uno de los parámetros técnicos más importantes a

considerar en la evaluación de éstos. Para estos equipos la eficiencia térmica depende de las

temperaturas de entrada y salida del colector, así como la temperatura ambiente y la radiación, y se

calcula a partir de la siguiente ecuación:

ŋ (G,( tm - ta)) = ŋ0 - a1a * (tm - ta)/G - a2a*( tm - ta)2/G (3.2)

Fórmula 3.2: Cálculo de la curva de eficiencia para colectores solares.

donde tm = (te + tin)/2 , y

ŋ0 = rendimiento óptico del colector.

G = radiación global en el colector [W/m2]

tin = temperatura de entrada al colector (ºC)

te = temperatura de salida del colector (ºC)

ta = temperatura ambiente (ºC)

a1a y a2a = parámetros obtenidos experimentalmente a partir de pruebas realizadas en laboratorios para

certificación de los equipos

41

Figura 3.3: Ejemplo de curvas de rendimiento para colectores planos (curva azul) y colectores heat-

pipe (curva roja) para una radiación G = 800 W/m2.

Fuente: Energie Solaire Hispano Swiss S.A., 2002

b) Modelo energético que permite estimar la energía generada o sustituida anualmente por un Proyecto Solar Térmico para calentar A.C.S.

Como se señaló en el marco teórico de este trabajo, existen dos tipos de tecnologías de colectores

solares los cuales son el componente principal de un sistema solar térmico para A.C.S.: Colectores Heat

Pipe y Colectores planos o de placa plana. Por lo tanto la presente metodología evaluó ambas

alternativas con el fin de determinar aquella que es la óptima para los requerimientos energéticos y

radiaciones solares de la dependencia en evaluación. Para esto se desarrollaron 2 modelos energéticos

para la evaluación del proyecto solar térmico para calentamiento de A.C.S. El primero es utilizado para

colectores Heat-Pipe y el segundo para colectores Planos.

b.1. Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos Solares Térmicos con Colectores Solares Heat-Pipe para calentamiento de A.C.S. El modelo energético para sistemas solares térmicos con colectores Heat-Pipe fue realizado con el apoyo

del software SOLO 2000 el cual sólo está diseñado para trabajar con esta tecnología de colectores.

El software SOLO 2000, permitió realizar el pre-dimensionamiento del sistema solar térmico en base a

iteraciones del número de colectores y sus correspondientes aportes energéticos, por lo tanto finalmente

se pudo estimar el aporte solar anual del sistema sobre los requerimientos energéticos para calentar

A.C.S.

Para esta tecnología, se realizaron dos evaluaciones técnicas. La primera considerando 30 colectores

Heat-Pipe y la segunda considerando 45 colectores. La idea es sensibilizar los ahorros a obtener al variar

el número de colectores solares a instalar. Se realizó el análisis con 30 colectores ya que la empresa

proveedora de estos sistemas realizó una propuesta, basada en los requerimientos señalados, con esta

42

cantidad de colectores. Por otro lado se busca establecer si las productividades de los sistemas varían al

aumentar el número de colectores solares para un mismo volumen de agua a calentar, y cuál sería el nº

de colectores óptimo desde el punto de vista técnico y económico.

Los pasos del Modelo Energético de Factibilidad Técnica para Sistemas Solares Térmicos de colectores

Heat Pipe utilizado son los siguientes:

Figura 3.4: Modelo Energético para evaluar Proyecto Solar Térmico para A.C.S. con colectores Heat

Pipe.

Fuente: Elaboración propia

(1) Ingreso de datos a Herramienta Computacional SOLO 2000

El pre-dimensionado de la instalación solar se realizó con la ayuda del software SOLO 2000, que permite

dimensionar instalaciones de agua caliente sanitaria. Este software ha sido desarrollado por el Centro

Científico y Técnico del Edificio Francés (CSTB) con el apoyo de la ADEME (Agencia del Medio Ambiente

y de Eficiencia Energética Francesa) a partir de dos documentos de referencia:

Solo: Método mensual de evaluación de los resultados térmicos de sistemas solares de producción de

Agua Caliente Sanitaria (ACS)

PSD: Método mensual de evaluación de rendimientos de Colectores Solares Directos.

Según las características del sitio o ubicación de la dependencia en estudio, el software nos entrega la

tasa de cobertura solar, el aporte solar anual así como la productividad anual de los colectores solares.

43

Los parámetros de entrada para el software son:

• Promedios de consumo de Agua Caliente Sanitaria.

En base a los datos de consumo recopilados en la fase anterior se estimaron promedios diarios de

utilización de A.C.S. para poder calcular los requerimientos energéticos diarios necesarios para calentar

este volumen de agua. El software muestra la siguiente ventana en dónde se ingresó el promedio diario

de consumo de agua caliente sanitaria estimada para el Casino de Suboficiales, así como también la

temperatura final que debiera tener el agua a la salida del sistema.

Figura 3.5: Ventana de software Solo 2000 en dónde se ingresa el dato de consumo promedio diario de

agua y la temperatura final del agua (ºC)

Fuente: Solo 2000

• Determinar promedios de radiación solar mensual en el lugar del estudio

Fue posible tomar los datos de radiación obtenidos en las etapas anteriores y calcular los promedios

diarios por mes de radiaciones. Se utilizaron datos de radiaciones desde el año 2000 hasta la fecha para

la localidad de Puerto Montt, con el propósito de tener un dato más preciso que nos ayudó

posteriormente a evaluar la factibilidad técnica y económica del proyecto.

En la siguiente figura se muestran los parámetros de entrada para el software dónde los más relevantes

son la radiación solar promedio mensual Gh (kwh/m2/día), temperatura exterior promedio mensual (ºC), y

temperatura promedio mensual (ºC) del agua fría o de la red.

44

Figura 3.6: Ventana de entrada de datos al software Solo 2000 de radiación solar, temperatura

exterior y temperatura del agua en la red potable

Fuente: Solo 2000

• Coeficientes de transmisión, captación de calor, factores de pérdida y superficie captadora de los

equipos cotizados.

En base a los datos obtenidos de las consultas a empresas en catálogos y manuales de equipos, se

utilizaron estos coeficientes como parámetros de entrada para el software computacional.

La siguiente figura muestra la ventana dónde se ingresaron los distintos coeficientes de transmisión de

calor (Kc, Bc). Finalmente se debe ingresar el área de cobertura del colector solar (Ac), que es el área

real de absorción de radiación solar.

Figura 3.7: Ventana de ingreso de datos, de coeficientes de transmisión de calor, factor de pérdida y

área de absorción.

Fuente: Solo 2000

45

(2) Pre-dimensionamiento de los equipos a utilizar.

El pre-dimensionamiento de los equipos a utilizar se calculó con el software Solo 2000, realizando

iteraciones entre las radiaciones promedio diarias mensuales en el lugar, luego la superficie disponible en

la dependencia (parámetro estimado con el estudio de factibilidad técnica), la superficie de captación de

cada colector, las características y factores de transmisión de calor de los equipos consultados, y

finalmente y muy importante, el aporte solar que queramos obtener sobre los requerimientos energéticos

del A.C.S..

(3) Balance Energético: Requerimientos Energéticos totales y Aporte Energético del Sistema Solar

Térmico

El software computacional calculó en base a todos los datos de entrada que se han recopilado en los

pasos anteriores, el aporte solar anual que la instalación solar generará. Este aporte solar fue calculado

sobre la base de energía total necesaria para calentar la totalidad del volumen de A.C.S. a la temperatura

requerida. Luego con el aporte solar anual (kWh) y su importancia (%) sobre los requerimientos

energéticos anuales totales se pudo estimar el ahorro energético, y este ahorro fue llevado a unidades

monetarias en la posterior evaluación financiera.

En la siguiente figura se observa la tabla de resultados entregados por el software en la cual se entrega

la cobertura energética (%) del sistema solar sobre los requerimientos totales de energía (Fila nº1). Los

requerimientos totales energéticos para calentar el volumen total del agua aparecen indicados en la Fila

nº 2. En la Fila nº 3 el software nos indica la productividad del sistema en kWh y finalmente nos entregó

la productividad por metro cuadrado. Todos estos resultados fueron entregados mensual y anualmente.

Uno de los datos más relevantes es la cobertura (%) del sistema solar anual, ya que con esto se pudo

estimar los ahorros anuales que tendremos con la instalación del sistema solar térmico.

Figura 3.8: Tabla de resultados entregados por el software Solo 2000.

Fuente: Solo 2000

46

Comparación de producciones energéticas (kwh) anuales para Sistema Solar Térmico Heat-Pipe para A.C.S. de 30 y 45 colectores solares Luego de haber obtenido la tabla de resultados que se muestra en la figura anterior para sistemas solares

térmicos de 30 y 45 colectores, se compararon ambas producciones energéticas en kwh para determinar

el número óptimo de colectores solares a considerar en el proyecto definitivo. Comparación de cobertura energética anual (%) para Sistema Solar Térmico Heat-Pipe para A.C.S. de 30 y 45 colectores solares

Luego de haber obtenido la tabla de resultados para sistemas solares térmicos de 30 y 45 colectores, se

comparó ambas coberturas energéticas (%) sobre los requerimientos energéticos totales, con el objetivo

de determinar el número óptimo de colectores solares a considerar por el proyecto. Evolución Aportes o Coberturas Energéticas (%) Sistema Solar Heat-Pipe para distintos Nº de Colectores Como se mencionó anteriormente, se realizó un análisis de cómo evoluciona la curva de las coberturas

energéticas (%) sobre los requerimientos energéticos totales a medida que aumenta el número de

colectores Heat Pipe para el volumen de agua sanitaria a calentar en la dependencia. Para este análisis

se realizaron iteraciones con el software, el cual calculó el aporte energético (%) para los distintos Nº de

colectores. Considerando las dos variables anteriores se confeccionó un gráfico de curva en el cual se

puede apreciar la tendencia de los aportes energéticos a medida que el número de colectores solares

aumenta.

47

b.2. Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos Solares Térmicos con Colectores Planos para calentamiento de A.C.S.

Algunos catálogos y proveedores de equipos solares térmicos no entregan coeficientes de transmisión de

calor de sus equipos, sino que señalan la capacidad de absorción de radiación de sus equipos como

eficiencia de absorción (%) de radiación solar, con lo que se construyen las curvas de eficiencia de los

colectores (% de absorción). Cuando tenemos este tipo de información de los equipos debemos utilizar

un modelo energético distinto, pero similar al anterior y que se detallará a continuación. Además, se debe

recordar que el software SOLO 2000 con el que se realizó el modelo energético anterior está diseñado

para trabajar solamente con colectores Heat Pipe y no con colectores planos, lo que necesariamente nos

lleva a utilizar este segundo modelo.

Este segundo modelo energético utilizado para evaluar el proyecto Solar Térmico con colectores planos

está basado en la Metodología Klein-Theilacker (DUFFIE, 2006). Para efectos de cálculos de este

segundo modelo, se utilizaron planillas de cálculo Excel para realizar las tablas y matrices necesarias.

Los pasos del modelo energético para colectores planos son los siguientes (DUFFIE, 2006):

(1) Corrección de la radiación solar en plano horizontal a plano inclinado

Una de las funcionalidades del software SOLO 2000 para colectores Heat Pipe es que realiza las

correcciones de las radiaciones solares desde el plano horizontal a plano inclinado dependiendo del

ángulo que uno determine para los colectores. Por lo tanto para el presente modelo se debió realizar las

correcciones con cálculos utilizando unos factores de corrección.

Se corrigió la radiación solar (kwh/m2/día) en plano horizontal a plano inclinado considerando un factor de

corrección K que depende de la latitud del lugar y del ángulo de inclinación en que se instalen los

colectores. Las tablas de los factores K se incluyen en los anexos.

(2) Cálculo de la curva de eficiencia de los colectores solares planos

Se utilizó la fórmula detallada en el apartado "Caracterización de parámetros técnicos generales e

información económica básica de Sistemas Solares Térmicos para A.C.S." para curvas de eficiencias de

colectores solares. Con la eficiencia (%) de éstos se obtuvo el aporte energético que se detalla a

continuación.

48

(3) Cálculo de la colección de energía por cada colector solar

Utilizando el resultado de la curva de eficiencia del punto anterior y los datos de radiación media diaria

calculada en los pasos anteriores, se calculó cuánta energía puede captar cada colector solar. Este dato

se expresó en kWh/mes y Kcal/mes (basado en el calor específico del agua 1 cal/gr). Las planillas de

cálculo se ilustran en los resultados de este trabajo.

(4) Cálculo de la curva de demanda energética anual

Para calcular la demanda energética mensual y anual se expresó la energía necesaria para

calentamiento del agua sanitaria en las dos unidades mencionadas en el punto anterior.

Posterior al cálculo de la demanda mensual y anual de energía, y a la capacidad de generación de

energía por colector solar, es posible dimensionar el número de colectores solares a utilizar por el

sistema, así como la superficie a utilizar.

(5) Balance Energético Mensual

En este paso es necesario realizar un balance energético entre los requerimientos energéticos totales

para calentamiento de agua sanitaria existentes, y por otro lado los aportes energéticos que tendrá el

sistema solar térmico. De esta forma el déficit o diferencia de energía que no pueda suplir el sistema solar

deberá ser aportada por un sistema de apoyo o el sistema convencional de calentamiento utilizado en la

dependencia.

b.3. Comparación Técnica de Sistemas Solares Térmicos con colectores Heat Pipe y colectores planos

Luego de tener los balances energéticos para ambas tecnologías de colectores, éstos se compararon

para determinar el óptimo sistema solar térmico para calentar A.C.S. para los requerimientos energéticos

y para las condiciones de radiaciones solares del lugar en estudio.

Se realizaron comparaciones mediante gráficos y planillas de cálculo, entre el aporte energético o

energía aprovechable anual (kwh/año) y los ahorros anuales (%) sobre la energía utilizada para ambos

tipos de colectores solares.

49

c) Pre-Dimensionamiento

Se procedió a realizar un pre-dimensionamiento de los equipos basado en las características técnicas

provenientes en manuales y también tomando como referente el número de colectores estimados por las

empresas proveedoras de equipos para comenzar las iteraciones.

d) Cálculo Económicos

Dentro de los cálculos económicos, se debe definir luego de realizado el predimensionamiento de los

equipos, el costo total de la inversión, corregir las mantenciones de los equipos en relación al IPC (%)

anual y ordenar estos cálculos de forma ordenada para posteriormente realizar el flujo neto del proyecto.

Luego de obtener la cobertura energética o ahorro anual energético que producirá el sistema solar

térmico, podremos calcular el ahorro en unidades monetarias para realizar la evaluación económica del

proyecto solar térmico.

Se deberán realizar los siguientes cálculos económicos: ahorros estimados con el proyecto, costos

energéticos anuales sin proyecto, y todos los cálculos necesarios para la evaluación económica y

financiera del proyecto energético.

e) Indicadores de rentabilidad: VAN, Ahorros acumulados durante la vida del proyecto

En este punto se realizó la evaluación financiera del proyecto. Los resultados financieros y la evaluación

económica del proyecto solar térmico fueron realizados con ayuda del modelo del Valor Actual Neto

(VAN), que llevara el flujo neto de dinero durante los años de duración del proyecto energético, a un valor

actual. Como se mencionó anteriormente se realizará un análisis incremental, es decir, se compara la

situación actual sin proyecto con la situación con proyecto energético.

f) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios

Finalmente se realizará un análisis de sensibilidad con las variables más relevantes que puedan afectar

el desempeño financiero y económico del proyecto Solar Térmico para A.C.S. Para este caso se

considera distintos escenarios para las tasas anuales (%) de aumento de los precios del petróleo.

Es posible sensibilizar también el número de colectores considerados por el proyecto para determinar

como varían los ahorros proyectados con una mayor o menor cantidad de colectores solares.

50

3.8.3. Modelo de Evaluación Técnica y Financiera de Proyectos de Energía Eólica de pequeña escala

Para efectos de cálculo, el presente modelo de evaluación técnica y financiera de Proyectos de Energía

Eólica de pequeña escala utilizará como apoyo el software computacional de libre acceso RETScreen.

El software RETScreen es una herramienta de análisis de proyectos de energía limpia que sirve de apoyo

para la toma de decisiones y que ha sido desarrollada con la contribución de expertos de gobierno,

industria y académicos. Como ya se mencionó, este software es gratuito y puede ser utilizado en todo el

mundo para evaluar la producción de energía y ahorros, costos de ciclo de vida, reducción de emisiones

y de aspectos financieros de varios tipos de tecnologías de energía eficiente y renovables. El software

también incluye bases de datos de equipos, proyectos, hidrología, datos climáticos, radiación solar, entre

otras, además de manuales de usuario bastante detallados (U.S. ENERGY INFORMATION

ADMINISTRATION, 2010 ). En todos los casos se siguen 5 pasos:

• Condiciones meteorológicas del sitio y tipo de proyecto

• Modelo Energético (estimación de producción)

• Análisis de Costos

• Análisis de Emisiones

• Análisis de Riesgo

Figura 3.9: Análisis de Proyectos Energéticos con RETScreen

Fuente: RETScreen International

51

A continuación detallaremos la metodología propuesta por la presente investigación para la evaluación

técnica y financiera de un proyecto eólico de pequeña escala:

a) Caracterización de parámetros técnicos generales e información económica básica

• Datos de consumo eléctrico y cálculo de potencia instalada para iluminación exterior

El segundo elemento más importante es determinar el consumo eléctrico del lugar en evaluación. De esta

forma podremos, por una parte, elegir el aerogenerador adecuado para los requerimientos y por otra,

calcular los aportes energéticos que la unidad eólica inyectará al sistema.

• Factor de planta o factor de capacidad

Además de los datos eólicos del lugar, es necesario conocer el factor de planta que tendrá el proyecto.

Es decir, como se menciona en el marco teórico de esta investigación, la capacidad real de generación

que tendrá el aerogenerador en base a la disponibilidad de vientos en el lugar. Sin embargo, este factor

de planta es utilizado principalmente para proyectos de parques eólicos, es decir, donde existe un

conjunto o planta de aerogeneradores para los cuales es importante conocer este indicador de

funcionamiento general del parque.

• Costos del kilowatt/hora

Se necesita conocer el costo de la energía eléctrica en kilowatt/hora, para posteriormente realizar los

cálculos económicos y financieros

• Cotizaciones de Sistemas de Generación Eólica

1) Aerogeneradores

En función de los requerimientos establecidos en el punto anterior se deberá escoger y cotizar

aerogeneradores que sean técnica y económicamente viables para el proyecto. Para esto se deberá

contactar a proveedores de sistemas eólicos.

2) Inversores de corriente

Se deberá cotizar un inversor de corriente que transforme la corriente continua en corriente alterna.

52

3) Instalación del Aerogenerador

Se debe cotizar la instalación del aerogenerador en la ubicación de la dependencia y también su

conexión con la red eléctrica.

4) Mantención y operación

Se deberá establecer el costo de mantenciones anuales, y costos de operación del sistema en caso que

aplique.

b) Modelo Energético para el Estudio de Viabilidad Técnica de Proyectos Eólicos de pequeña escala

El modelo energético a utilizar será el utilizado por el software RETScreen.

Para empezar con el análisis en RETScreen, se deben introducir las características básicas del proyecto,

tales como nombre, ubicación geográfica del proyecto y tipo de central. Con estos datos se obtienen los

datos climáticos del emplazamiento, sin embargo pueden también introducirse datos provenientes de

otras fuentes.

A continuación se pasa a la siguiente hoja del modelo energético, el cual dependerá del tipo de proyecto

a evaluar. Se puede definir un caso base para establecer comparaciones de precio y reducción de

emisiones. El programa calcula automáticamente el costo del kWh basado en el poder calorífico del

combustible y el costo del mismo. Es necesario también ingresar el costo de operación y mantenimiento

del proyecto.

En la etapa del sistema de generación propuesto, se completan los datos y características principales del

sistema; potencia de generación del sistema, coeficiente de planta, costo del kWh entre otros. Estos

datos permiten estimar la energía provista anualmente por el sistema y permite calcular los indicadores

financieros del proyecto a futuro.

Una vez obtenida la producción energética del sistema, el software realiza una comparación con el caso

base determinando las emisiones de CO2 al ambiente ahorradas.

Finalmente RETScreen muestra un cálculo financiero resumido, donde previamente se deben completar

algunos datos tales como la tasa de inflación promedio esperada, el ciclo de vida del proyecto, costos de

equipos e instalación y características de la deuda en caso de planear contraerla. Luego de haber

incorporado estos parámetros, el software genera un gráfico que muestra los flujos de efectivo

53

acumulados durante toda la duración del proyecto, dónde se puede apreciar en qué punto se comienza a

percibir utilidades luego de la inversión inicial.

Los pasos del Modelo Energético RetScreen para proyectos eólicos de pequeña escala son:

(1) Cálculo de Potencial de Generación de energía eléctrica Para calcular el potencial de generación eléctrico, se debe considerar:

• Velocidad del Viento: RETScreen posee bases de datos para distintos lugares geográficos del mundo

con datos de velocidades del viento.

• Potencia del Aerogenerador: La obtenemos en el catálogo del fabricante.

• Factor de Planta: Para determinar este factor se debe realizar un estudio acabado de vientos durante

un período de al menos un año. Sin embargo una excelente fuente para tomar como base y referencia en

una evaluación de este tipo es la información presentada en el informe de CORFO "Renewables in Chile,

Investment opportunities and Project financing, Project Directory 2009", donde figuran diversos proyectos

eólicos a gran escala con sus respectivos factores de planta.

(2) Cálculo del ahorro generado con el Proyecto Eólico y almacenamiento de energía

Para estimar el ahorro que generará el proyecto eólico se debe considerar tanto el consumo eléctrico que

existe en las dependencias en estudio como también el potencial de generación del aerogenerador.

Como el presente proyecto es pequeña escala, el potencial de generación de energía de este tipo de

aerogeneradores es relativamente bajo.

Para determinar si es necesario almacenar la energía producida por el aerogenerador, la capacidad de

generación eléctrica del aerogenerador (en un lapso de tiempo determinado y bajo condiciones de viento

óptimas) debiese ser mayor al consumo eléctrico fijo o base de las dependencias. Para calcular el

consumo eléctrico base del lugar en estudio se realizarán los siguientes cálculos:

• Promedio mensual de consumo eléctrico año anterior

Promedio consumo eléctrico / mes = ∑consumos mensuales / 12 meses (3.3)

54

• Promedio hora de consumo eléctrico año anterior estimado en base al promedio mensual

Promedio consumo eléctrico / hora = Promedio mensual consumo eléctrico / 720 horas

Con este cálculo podremos determinar si la generación de electricidad será mayor al consumo eléctrico

base por hora y así podremos evaluar la necesidad de almacenar la energía producida o no

(RETSCREEN, 2010).

Toda energía producida es considerada un ahorro luego de llevar la energía generada a unidades

monetaria (RETSCREEN, 2010). Con estos datos se realizarán los cálculos económicos y financieros.

c) Pre-Dimensionamiento En esta etapa se debe corroborar que los Aerogeneradores seleccionados sean los correctos en términos

de potencial de generación de acuerdo a las necesidades. Éstos no deben exceder los requerimientos

energéticos ni ser demasiado caros para la envergadura del proyecto ni tampoco ser mucho menores que

la demanda energética.

d) Cálculos Económicos

Luego de obtener la cobertura energética o ahorro anual energético que producirá el Aerogenerador,

podremos calcular el ahorro en unidades monetarias para realizar la evaluación económica del proyecto

solar térmico.

Se deberán realizar los cálculos económicos de los ahorros estimados con el proyecto y costos

energéticos anuales sin proyecto.

e) Indicadores de Rentabilidad: VAN, Ahorros acumulados durante la vida del proyecto.

Este punto corresponde a la evaluación financiera del proyecto. Los resultados financieros y la evaluación

económica del proyecto solar térmico serán realizados con ayuda del modelo del Valor Actual Neto

(VAN), que llevara el flujo neto de dinero durante los años de duración del proyecto energético, a un valor

actual. Como se mencionó anteriormente se realizará un análisis incremental, es decir, se compara la

situación actual sin proyecto con la situación con proyecto energético.

55

f) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios.

Finalmente se realizará un análisis de sensibilidad con las variables más relevantes que puedan afectar

el desempeño financiero y económico del proyecto Eólico para Iluminación Exterior del Casino Badilla.

Para este caso se puede considerar la variable precios de energía eléctrica, considerando distintos

escenarios para las tasas de incremento de los precios de la electricidad. Así podremos evaluar como

afecta esta variable el desempeño del VAN y también de los ahorros acumulados del proyecto.

Este análisis de sensibilidad se realizó una vez estructurado el flujo neto del proyecto en el escenario

actual, y consiste en realizar iteraciones modificando las variables más relevantes y que generan mayor

impacto en los resultados del proyecto. En este caso, se realizaron iteraciones de los flujos netos del

proyecto considerando distintas tasas anuales (%) de aumento de los precios de la energía, que por

supuesto están validadas por estadísticas históricas y proyecciones futuras que serán descritas

posteriormente.

56

4. RESULTADOS 4.1. Preparación de Proyectos Energéticos de ERNC Esta etapa preliminar consideró una reunión de lineamiento estratégico entre las partes interesadas en la

investigación, en la cual el objetivo principal fue determinar problemáticas y deficiencias en la Gestión de

Recursos Energéticos en el Casino, de tal forma de poder establecer el enfoque que tendría el proyecto.

4.2. Diagnóstico de fuentes de energías, usos y demanda energética

Se realizaron 2 visitas preliminares al Casino de Suboficiales Badilla para realizar el diagnóstico de

desarrollo del estudio.

Las fuentes de energía utilizadas, usos y demanda energética en el Casino son:

Tabla 4.1: Fuentes de energías, usos y demanda energética

Fuente: Elaboración propia

Descripción de las dependencias y unidades consumidoras de energía

El Casino de Suboficiales Badilla está dividido en dos áreas principales de dos pisos;

• Casino y hotel; En el primer piso se encuentra la cocina para preparar alimentos, un restaurant o

casino y un salón de eventos. Un hotel en el segundo piso que cuenta con habitaciones y baños.

• Edificio residencial para solteros; Cuenta con 30 habitaciones y 2 baños comunes para los

funcionarios.

Fuente de Energía utilizada Uso Demanda Energética Anual (unid. energética)

CalefacciónGas Licuado Cocina Industrial 4.698 m3

Iluminación interior y exteriorRefrigeración alimentos

Electrodomésticos en general

$ 2.599.138

$ 11.541.262

Demanda Energética Anual ($pesos)

$ 5.435.474Petróleo

Electricidad

Calentamiento de Agua Sanitaria para cocina y baños, principalmente duchas 5.538 m3

84.649 kwh

57

En medio de estas dos áreas se encuentran oficinas de administración y bodegas de alimento.

Cada una de estas dos áreas cuenta con dos calderas a petróleo, una para calefacción y otra para

calentamiento de agua sanitaria. Para tal efecto existe un estanque de almacenamiento de petróleo que

es cargado mensualmente o dependiendo del requerimiento.

En las bodegas donde se almacenan los alimentos existen tres congeladoras y dos refrigeradores para

mantener en frío los alimentos y bebestibles. Además de toda la iluminación interior, el casino de

Suboficiales cuenta con un sistema de iluminación externa que comprende iluminación perimetral y de

fachada.

Puntos críticos de consumo energético

Los puntos críticos detectados por el diagnóstico preliminar, dónde encontramos consumos energéticos

importantes son:

Tabla 4.2: Puntos críticos de consumos energéticos y unidades consumidoras

Fuente: Elaboración propia

4.3. Selección Preliminar de Alternativas de Proyectos

Considerando del diagnóstico preliminar, el análisis de los puntos críticos de consumo energético, y una

revisión de información de las tecnologías de energías limpias existentes y su aplicabilidad preliminar en

las dependencias en estudio, se establecieron las siguientes alternativas de Proyectos de ERNC:

• Proyecto Eólico para Iluminación Exterior: Existen vientos mínimos para viabilidad técnica.

Tecnología existente en el país y en la zona. Altos consumos energéticos en electricidad.

• Proyecto Solar Térmico para Calefacción: Existe radiación solar que permite su aplicación. Altos

consumos energéticos en este ítem. Tecnología existente en el país.

Calefacción Casino y hotelCalefacción Edificio SolterosIluminación interior Casino y hotelIluminación interior Edificio SolterosIluminación exterior (perímetro y fachada) Toda la dependenciaCocina industrial Casino y hotelCalentamiento Agua Sanitaria (duchas) Edificio SolterosRefrigeración de alimentos y bebestibles Casino y hotel

Puntos críticos consumos energéticos Unidad consumidora

58

• Proyecto Solar Térmico para Agua Caliente Sanitaria (A.C.S.): Radiación solar en el lugar,

permite su aplicación. Altos consumos energéticos en este ítem. Tecnología existente en el país.

• Proyecto Solar Fotovoltaico: Existe radiación solar que permite su aplicación. Tecnología

existente en el país.

• Proyecto Geotérmico para Calefacción: Existe recurso geotérmico que permite aplicación.

Tecnología existe en el país. Experiencias en la región y en la zona.

4.4. Análisis Multicriterio; Método Scoring

Para la selección de alternativas se realizó, tal como se describe en la metodología de esta investigación,

el Análisis Multicriterio, bajo el método Scoring. Se asignaron las ponderaciones a cada criterio de

selección de las alternativas, y posteriormente se estableció el índice de satisfacción de los criterios para

cada proyecto energético.

Descripción de los Criterios de Evaluación

a) Factibilidad de cuantificar el recurso energético

La cuantificación y/o estimación del potencial del recurso energético en el lugar del estudio dependerá del

tipo de energía que se esté evaluando. Por ejemplo existen fuentes de datos de radiación solar para

lugares en distintas latitudes de nuestro país que nos permiten tener una idea muy certera del potencial

del recurso solar en un lugar determinado. No así el recurso eólico del cual no existen aún bases de

datos que nos indiquen el recurso eólico para cada lugar en las distintas regiones del país. Como este

recurso puede variar enormemente debido a factores topográficos, su estimación se hace menos precisa

sin un estudio acabado de vientos. Otros tipos de energías necesitan estudios de gran inversión que no

permitirían realizar un proyecto de baja escala como el del presente estudio. La energía geotérmica de

alta entalpía es un ejemplo de lo anterior. Este punto será determinante al momento de seleccionar una u

otra alternativa.

b) Disponibilidad del recurso energético.

Si el recurso energético es susceptible de ser cuantificado, de acuerdo a lo descrito en el punto anterior,

su disponibilidad será quizás el criterio más relevante a la hora de seleccionar un proyecto de ERNC

59

c) Disponibilidad de Tecnología

Es importante que la tecnología que permita el aprovechamiento del recurso energético esté disponible

localmente, o al menos a nivel nacional, para no incurrir en gastos mayores de importación y/o búsqueda

tecnológica en el extranjero, lo cual aumentaría los costos iniciales del proyecto.

d) Monto Inversión Proyecto

Dependiendo de los recursos financieros existentes para llevar a cabo el proyecto, este criterio tendrá

mayor o menor importancia. De todas formas la presente evaluación contempla proyectos energéticos de

pequeña escala, por lo que se consideran más atractivas aquellas alternativas cuyos montos de inversión

sean menores o bien sean factibles de recuperar de acuerdo a la productividad del proyecto.

e) Productividad

Este criterio se utiliza en esta etapa de forma preliminar en base a información cualitativa. Por ejemplo;

producción de energía / superficie utilizada.

f) Proyectos exitosos a nivel local y nacional

Es importante realizar una búsqueda de proyectos energéticos de energías renovables que hayan sido

implementados a nivel local y nacional para conocer su desempeño.

g) Aplicabilidad para suplir requerimientos energéticos

Es importante analizar el grado de impacto o aplicación que tendrá el proyecto en el lugar de la

evaluación. Ejemplo; un proyecto energético de ERNC para calefacción podrá tener una mayor

aplicabilidad en aquella infraestructura con un buen nivel de aislación térmica que en un lugar que posea

poca o nula aislación.

h) Costos evitados de energía

Podemos estimar preliminarmente los costos de las fuentes de energías que serán evitados con la

implementación del proyecto. Mientras más alto el costo de la energía evitada, más atractiva es la

alternativa energética.

60

i) Costos de operación del Proyecto

Este criterio es muy relevante puesto influirá en la evaluación financiera de nuestro proyecto. En este

ítem se incluyen los gastos de operación y también de mantenimiento de los equipos, ya sea de tipo

preventivo (limpieza de equipos, cambio de accesorios, etc.) como a las reparaciones en caso de fallos

de los mismos (equipos de repuesto, material utilizado, etc.). Debe incluir también mano de obra.

j) Vida útil de los equipos

Es la duración estimada que el sistema puede estar realizando correctamente su función. Se mide en

número de años, y es muy relevante para la evaluación financiera del proyecto, ya que un mayor número

de años de duración del proyecto lo puede hacer significativamente más rentable.

k) Características ambientales de la energía desplazada

Hoy en día es muy relevante el rol ambiental que juegan los distintos tipos de energía. En este sentido un

proyecto de energías renovables podrá ser más interesante y atractivo mientras más contaminante sea la

energía desplazada por el proyecto, por ejemplo, uno de los proyectos evaluados por este estudio

pretende disminuir el consumo de petróleo cuya combustión es altamente contaminante.

61

Resultados Análisis Multicriterio

Tabla 4.3: Resultados Análisis Multicriterio, Método Scoring.

Fuente: Elaboración Propia

Como podemos apreciar en los Scores finales, el proyecto con puntaje más alto fue el Proyecto Solar

Térmico para Agua Caliente Sanitaria (A.C.S.). En segundo lugar se encuentra el Proyecto Eólico para

Iluminación Exterior del Casino.

Ponderación w i

Proyecto Eólico para Iluminación Exterior

Proyecto Solar Térmico para Calefacción

Proyecto Solar Fotovoltaico

Proyecto Geotérmico para

Calefacción

5

Factibilidad de cuantificar el recurso energético

4 4 7 7 7 5

4

6

Monto Inversión Proyecto 3 4 4 5 2 3

Disponibilidad de tecnología 4 6 6 6 6

Disponibilidad local del recurso energético

5 4 4 4

5

Proyectos exitosos a nivel local y nacional

3 7 5 7 4 6

Productividad 3 4 4 5 2

7 7

Costos de operación del proyecto3 6 5 5 6

4

Costos evitados de energía 4 5 3 6 2 5

Aplicabilidad para incorporar proyecto energético

5 7 3 7 2

Proyecto Solar Térmico para

A.C.S.

2

3

4

7

215 202 246 169 212

Características ambientales de la energía desplazada 4 4 7 7 4

4

Vida útil de equipos 3 7 7 710

11

Nº

5

6

7

8

9

Criterios

SCORE S j

1

62

Se explicará brevemente los resultados obtenidos por las distintas alternativas:

Tabla 4.4: Justificación de puntajes asignados, Análisis Multicriterio

Fuente: Elaboración propia

Es posible encontrar tecnología con largos períodos de vida útil

Es posible encontrar tecnología con largos períodos de vida útil

La energía desplazada es el petróleo, la cual es uno de las principales fuentes de gases

efecto invernadero

La energía desplazada es el petróleo, la cual es uno de las principales fuentes de gases

efecto invernadero

Energía evitada es el petróleo, que ha tenido importantes incrementos en el

precio a nivel internacional

La energía evitada es el petróleo, que ha tenido importantes incrementos en el precio

a nivel internacional

Costos de operación medio-bajo Costos de operación medio-bajo

Existen diversas empresas proveedoras con distintas tecnologías y características

Nivel de inversión medio debido a bajo costo de colectores solares, y alto costo

radiadores o loza radiante

Nivel de inversión medio-bajo debido a bajo costo de colectores solares

Nivel de radiación solar en Puerto Montt entrega una productividad media para

calefacción

Nivel de radiación solar en Puerto Montt entrega una productividad media-alta para

A.C.S.

Nivel de inversión medio dentro de proyectos de pequeña escala

Para el nivel de vientos en el lugar de evaluación, la productividad es media

Hay varios proyectos instalados y operando exitosamente en la región y en

el paísAplicabilidad alta, debido a facilidad de incorporar el sistema generador a la red

para su usoEnergía evitada es la electricidad, que ha tenido en Chile importantes incrementos

en sus precios

Costos de operación muy bajos

Es posible encontrar tecnología con largos períodos de vida útil

Energía desplazada es la energía Hidroeléctrica, que no se encuentra

dentro de las más contaminantes

Disponibilidad de tecnología

Monto Inversión Proyecto

Productividad

Proyectos exitosos a nivel local y nacional

Aplicabilidad para incorporar proyecto

energético

Costos evitados de energía

Costos de operación del proyecto

Vida útil de equipos

Características ambientales de la

energía desplazada

Proyecto Eólico para Iluminación Exterior Proyecto Solar Térmico para Calefacción

Disponibilidad de vientos es la mínima para hacer viable un proyecto eólico

Disponibilidad local del recurso energético

Factibilidad de cuantificar el recurso energético

Se necesita al menos 1 año para hacer estudios de vientos fiables

Existen diversas empresas con distintos tipos de generadores, en cuanto a

tecnología y tamaños

Niveles de radiación solar en niveles medios, para el lugar en evaluación

Niveles de radiación solar en niveles medios, para el lugar en evaluación

Existen bases de datos de radiación solar precisas para el lugar en evaluación

Existen bases de datos de radiación solar precisas para el lugar en evaluación

Existen diversas empresas proveedoras con distintas tecnologías y características

Hay varios proyectos instalados y operando exitosamente en el país

Hay varios proyectos instalados y operando exitosamente en la región y en el país

Aplicabilidad es óptima cuando existe sistema de calefacción de loza radiante, en

este caso no hay

Aplicablidad alta, debido a importante uso de agua caliente en las dependencias

Proyecto Solar Térmico para A.C.S.Nº Criterios

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

63

Tabla 4.5: Justificación de puntajes asignados, Análisis Multicriterio

Fuente: Elaboración propia

Justificación proyectos de ERNC seleccionados con más altos puntajes: Solar Térmico para A.C.S. y proyecto Eólico de pequeña escala para Iluminación Exterior

1) Proyecto Solar Térmico para A.C.S.

• Precios del petróleo

Según el International Energy Outlook (2009) del U.S. Department of Energy (DOE) el consumo de

petróleo aumentará en un 1,1% al año desde el año 2010 al 2030. Sin embargo, la oferta necesaria para

Es posible encontrar tecnología con largos períodos de vida útil

11Características

ambientales de la energía desplazada

Energía desplazada es la energía Hidroeléctrica, que no se encuentra dentro de

las más contaminantes

La energía desplazada es el petróleo, la cual es uno de las principales fuentes de gases

efecto invernadero

10 Vida útil de equiposEs posible encontrar tecnología con largos

períodos de vida útil

La energía evitada es el petróleo, que ha tenido importantes incrementos en el precio a

nivel internacional

9Costos de operación del

proyectoCostos de operación bajos Costos de operación medios

8Costos evitados de

energía

Energía evitada es la electricidad, que ha tenido en Chile importantes incrementos en sus

precios, pero bajo reemplazo

Hay proyectos instalados y operando exitosamente en la región y en el país

7Aplicabilidad para

incorporar proyecto energético

Aplicablidad baja debido a baja productividad de los paneles fotovoltaicos

Es posible captar el recurso geotérmico, pero sería muy ineficiente en las dependencias en

evaluación

6Proyectos exitosos a nivel local y nacional

Hay varios proyectos instalados y operando exitosamente en en el país, pero no en la

región

5 ProductividadNivel de radiación solar en Puerto Montt

entrega una productividad fotovoltaica muy baja

Nivel de radiación solar en Puerto Montt entrega una productividad fotovoltaica muy

baja

Existen diversas empresas proveedoras con distintas tecnologías y características

4Monto Inversión

ProyectoNivel de inversión alto en paneles solares para

un requerimiento determinadoNivel de inversión medio-alto

3Disponibilidad de

tecnologíaExisten diversas empresas proveedoras con

distintas tecnologías y características

Disponibilidad del recurso energético relavitamente constante en distintas

ubicaciones

2Factibilidad de cuantificar

el recurso energéticoExisten bases de datos de radiación solar

precisas para el lugar en evaluaciónEs factible cuantificar con certeza el recurso

energético. Costo elevado

1Disponibilidad local del

recurso energéticoNiveles de radiación solar en niveles medios,

para el lugar en evaluación

Proyecto Solar Fotovoltaico Proyecto Geotérmico para CalefacciónNº Criterios

64

abastecer este aumento de demanda no está totalmente asegurada, lo que genera una gran

inestabilidad en los precios del crudo.

La proyección de aumentos de precios del petróleo mostrados en el informe del año 2009, indica que

éstos se incrementarán a una tasa de un 1,5% anual, llegando a los US$ 130 el barril para el año 2030.

Sin embargo este panorama ha cambiado drásticamente durante el presente año 2011, debido

principalmente a conflictos en el Medio Oriente y a la baja oferta mundial. Los precios proyectados por

este estudio de gran validez internacional, indicaban que para el año 2010 el barril se encontraría en US$

80, siendo el precio real de US$79, lo cual es bastante certero. Sin embargo para el presente año la

proyección indicaba que el barril se encontraría en US$89 y según el mismo DOE, el barril se encuentra

en US$101,7 al mes de marzo 2011. Es decir, una diferencia de un 14% por sobre la proyección del

International Energy Outlook (2009). Los argumentos expuestos anteriormente nos demuestran que nos

encontramos ante una gran inestabilidad de los precios del petróleo originados por una oferta incierta

para el aumento sostenido de la demanda de petróleo, y por otro lado, los conflictos existentes en países

productores de petróleo del Medio Oriente. Se presume que los precios del petróleo seguirán

aumentando consistentemente en el tiempo.

• Radiación Solar en el lugar geográfico.

Las radiaciones medias diarias medidas por unidad de superficie para la ciudad de Puerto Montt, hacen

que el proyecto solar térmico para Agua de Consumo Sanitario sea técnicamente viable. Como se

mencionó anteriormente, en países de latitudes mayores como Alemania, Gran Bretaña y Francia, dónde

existen radiaciones considerablemente menores que para la latitud de Puerto Montt, el aporte solar

puede llegar hasta un 50% del aporte energético requerido.

• Volumen de agua de consumo sanitario a calentar

Desde el punto de vista económico-financiero mientras más volumen de agua sanitaria sea necesario

calentar, más ahorro se producirá con el sistema solar térmico, por ende el proyecto se hace más

rentable. En este caso particular, la sección "Solteros" del Casino de Suboficiales Badilla necesita

calentar un volumen de 7.200 litros diarios desde marzo a diciembre, y luego en enero y febrero baja a

unos 3.600 litros aproximados. Este volumen no menor hace que la rentabilidad del proyecto mejore y

que éste sea más atractivo.

65

• Tecnología

Si bien es cierto, el uso de estas nuevas tecnologías es incipiente en nuestro país, existen diversas

empresas y alternativas tecnológicas que hacen que el proyecto de un sistema solar térmico para A.C.S.

sea técnicamente viable. Las dos tecnologías de captación solar térmica que se evaluarán en este proyecto serán colectores solares térmicos al vacío y colectores solares térmicos planos. Sus diferencias

serán analizadas en cada análisis y evaluación.

2) Proyecto eólico de pequeña escala

• Contingencia energética de la Energía Eléctrica en Chile

De acuerdo al estudio de ERNC, realizado en el año 2008 por el Programa de Estudios e Investigaciones

en Energía del Instituto de Asuntos Públicos de la Universidad de Chile, durante los últimos 20 años la

demanda energética se ha incrementado de forma sostenida a una tasa de un 6,9%. La oferta energética

se ha mantenido con una baja diversificación de la matriz, junto a escasos incentivos para invertir en el

sector generación. Esto ha generado gran vulnerabilidad en el suministro energético lo cual ha sido

agravado por sequías y restricciones en el abastecimiento de gas desde Argentina. Todo ello ha

significado un aumento sostenido de los precios de la energía eléctrica durante los últimos años.

• Precios de la energía eléctrica.

De acuerdo al mismo estudio realizado en ERNC por la Universidad de Chile, las proyecciones de los

precios de la energía eléctrica hacia el año 2020, se verán afectados por las restricciones en el

abastecimiento de gas proveniente de Argentina, ya que muchas empresas generadoras han comenzado

a trabajar en las horas de máxima demanda en base a petróleo diesel, lo cual ha encarecido los costos

de generación. Este incremento en los costos de generación de electricidad ha sido traspasado a los

clientes. Lo anterior permite afirmar que, en el mediano plazo, los mayores costos de generación de

electricidad seguirán siendo traspasados a los clientes. Los distintos escenarios proyectados por este

estudio se incluyen en los Anexos.

• Potencial Eólico del lugar

Los registros eólicos para la ciudad de Puerto Montt indican que el promedio anual de la velocidad del

viento es de 4 m/s, velocidad que es considerada mínima para realizar un proyecto eólico. Por lo tanto es

técnicamente viable realizar un proyecto eólico en el lugar geográfico dónde se encuentra la

dependencia.

66

• Tecnología existente y mantención de equipos.

Existen en Chile y particularmente en Puerto Montt, empresas especializadas en energía eólica que

pueden abastecer aerogeneradores y otorgar el servicio post-venta que comprenderá, entre otros, las

mantenciones a equipos y proveerá de repuestos en caso de necesitarse.

• Régimen de utilización de la iluminación exterior del Casino de Suboficiales Badilla.

La iluminación exterior del Casino de Suboficiales Badilla debe ser permanente durante todas las noches

debido a razones de seguridad de la dependencia. Es decir, la iluminación exterior funciona desde el

atardecer hasta el amanecer durante todos los días del año. Esto incluye iluminación de perímetro y

fachada del inmueble.

• Imagen institucional y de Brigada a nivel nacional y a nivel local, de preocupación por el medio

ambiente y de austeridad.

El uso de ERNC o energías limpias está generando en nuestros días una imagen (desde el punto de vista

medio ambiental) muy favorable para quienes las utilizan, que puede traer beneficios a mediano y largo

plazo de diversa índole.

Por otra parte, poder generar una imagen de austeridad es muy importante para toda institución pública,

debido a que existe la creencia general que toda institución gubernamental tiende a gastos innecesarios

en la administración de sus recursos. En este caso particular, sería interesante poder suplir los

requerimientos energéticos que implica el uso prolongado de la iluminación exterior del Casino Badilla,

con generación eléctrica propia.

4.5. Definición de Perfiles de Proyectos de ERNC

De acuerdo al análisis de los resultados obtenidos en etapas anteriores, se decide evaluar los siguientes

proyectos de ERNC:

1. Proyecto de Energía Solar Térmica para Agua Caliente Sanitaria (A.C.S) para el Casino de

Suboficiales Badilla, sección "Solteros".

2. Proyecto de Energía Eólica para la Iluminación Exterior del Casino de Suboficiales Badilla de la III

Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Chile, Puerto Montt.

67

4.6. Formulación de Proyectos de Energías Renovables no Convencionales 4.6.1. Proyecto de Energía Solar Térmica para Agua de Consumo Sanitario (A.C.S) para el

Casino de Suboficiales Badilla, sección "Solteros", de la III Brigada Aérea. a) Características Generales

El proyecto consiste en la instalación de colectores solares para calentamiento de agua de consumo

sanitaria, particularmente para el agua caliente utilizada en duchas en la sección Solteros del Casino.

Estos colectores solares son instalados normalmente en superficies disponibles en techos de las

instalaciones. El agua calentada por el sistema solar térmico será almacenada en estanques de

almacenamiento al interior de la dependencia.

b) Finalidad del Proyecto

El proyecto busca disminuir el consumo de petróleo para calentamiento de agua sanitaria utilizada en las

duchas de los funcionarios que habitan en la sección Solteros.

4.6.2. Proyecto de Energía Eólica para la Iluminación Exterior del Casino de Suboficiales Badilla

de la III Brigada Aérea.

a) Características Generales

El proyecto consiste en la instalación de un Aerogenerador eólico en el Casino de Suboficiales Badilla.

La potencia eléctrica generada por el Aerogenerador deberá suplir en parte o totalmente los

requerimientos energéticos de la iluminación exterior del Casino Badilla.

El proyecto no considera almacenamiento de energía puesto se asume un consumo instantáneo. Lo

anterior es posible ya que el Casino de Suboficiales tiene un consumo de energía eléctrica constante que

es superior al que el Aerogenerador a evaluar podría llegar a generar para las condiciones climáticas

locales.

b) Finalidad el Proyecto

El objetivo principal del proyecto eólico es que la III Brigada Aérea con su Casino de Suboficiales Badilla,

sea capaz autogenerar la energía que utiliza en la iluminación exterior del Casino.

68

4.7. Revisiones de Pre-factibilidad de los Proyectos de ERNC 4.7.1. Revisión de Pre-factibilidad del Proyecto Solar Térmico para A.C.S.

• Radiación solar.

La radiación existente en la región de Los Lagos permite perfectamente considerar un Sistema Solar de

Agua Caliente Sanitaria. Existen tecnologías que no sólo captan la radiación directa del sol, sino además

captan muy bien la radiación solar difusa que hay durante los días nublados. En países europeos, dónde

hay radiaciones varias veces menores a las que tenemos en la zona de Puerto Montt, hay un gran nivel

de desarrollo en sistemas solares para calentar agua sanitaria, tanto a nivel residencial como industrial.

Por ende, el nivel de radiación existente permite seguir adelante con la evaluación del proyecto.

• Superficie disponible en la techumbre para instalación de colectores solares

En los techos existen aproximadamente 200 metros cuadrados de superficie disponible para la

instalación de colectores solares.

• Obstáculos que proyecten sombra.

No existen en las cercanías elementos que proyecten sombra sobre la superficie donde sería instalado el

Sistema Solar de captación.

4.7.2. Conclusión de la Revisión de Pre-factibilidad para Proyecto Solar Térmico para A.C.S. Desde el punto de vista técnico, la radiación existente en la localidad hace que el proyecto sea viable. Por

otro lado el régimen de consumo de agua caliente de los usuarios permite que el Sistema de A.C.S.

caliente agua y la acumule durante todo el día para utilizarla en horas tempranas de la mañana del día

siguiente, lo que hace aún más viable técnicamente el proyecto.

Existe suficiente superficie disponible para la instalación del Sistema de A.C.S. y no existen sombras que

bloqueen el paso de la radiación directa hacia el sistema de captación. Finalmente la infraestructura y

arquitectura de la dependencia no presenta inconvenientes para la instalación del Sistema de A.C.S.

El proyecto de instalar un Sistema de A.C.S. es viable a nivel de la etapa de pre-factibilidad.

69

4.7.3. Revisión de Pre-factibilidad para Proyectos Eólicos de Pequeña Escala

Potencial Eólico del lugar

Como se mencionó anteriormente, el factor más importante y que determinará la realización o no de un

proyecto de generación Eólica, es el recurso eólico. En este sentido, de acuerdo a las bases de datos

existentes de vientos en la base aérea del Tepual, otorgada por la Fuerza Aérea de Chile, y en la página

de internet especializada Windfinder, se obtiene un promedio anual de vientos para la ciudad de Puerto

Montt de 4 m/s, lo cual implica velocidades de viento suficientes para hacer viable el proyecto de

generación Eólico. La base de datos del software RETScreen corrobora también lo anterior.

4.7.4. Conclusión de la Revisión de Pre-factibilidad para Proyecto Solar Térmico para A.C.S. El proyecto eólico de pequeña escala es viable a nivel la etapa de pre-factibilidad.

4.8. Estudio de Factibilidad de los Proyectos de ERNC 4.8.1. Aplicación del Modelo de Evaluación Técnica y Financiera del Proyecto Solar Térmico para

Agua Caliente Sanitaria (A.C.S) Consideraciones previas para utilizar energía solar térmica

Para una primera evaluación y elección de proyectos para utilizar energía solar térmica, pueden

considerarse prioritarios aquellos donde exista un consumo energético térmico constante a lo largo del

año, en particular con demanda los meses de verano y una temperatura de uso del agua inferior a los

100º C. Si el proyecto en evaluación considera temperaturas inferiores a los 65ºC el rendimiento del

sistema solar térmico será mayor. Los proyectos que consideren temperaturas superiores a ésta, pueden

también ser técnicamente viables, sin embargo la viabilidad económica tiende a ser inferior debido a las

características de la producción y menor productividad de agua caliente solar.

A medida que el volumen de agua es mayor, el sistema solar térmico es más rentable desde el punto de

vista económico puesto existe una mayor reducción de los costes unitarios energéticos.

Como se menciona en el diseño metodológico, si queremos aprovechar la energía solar debemos, en

primer lugar, responder a la pregunta de qué cantidad de energía llegará al lugar donde pretendemos

realizar la captación, es decir, qué irradiación solar tendremos por unidad de superficie.

70

Pero para establecer, con exactitud, la cantidad de energía que se puede aprovechar en un sitio

concreto, también habrá que tener en cuenta otros aspectos como la latitud, hora del día, la estación del

año, y además las condiciones atmosféricas. En los días nublados disminuirá considerablemente la

intensidad de la radiación directa y por lo tanto el aporte energético que pueda recibir una instalación de

energía solar térmica. No obstante, como ya se mencionó la radiación difusa que proviene del sol es

considerable y tiene una gran incidencia en la productividad de estos sistemas solares.

a) Caracterización de parámetros técnicos generales e información económica básica de Sistemas Solares Térmicos para A.C.S.

• Datos de consumo de agua.

Se estima, de acuerdo a los datos recolectados (anexos) y en base a consumos estándares de la C.N.E.

que las necesidades en agua caliente de consumo día por habitante para una ducha es de 120 litros día

(caudal de 12 lt/min, ducha promedio 10 minutos).

• Ocupación de la dependencia y Evaluación de las necesidades de A.C.S.

El casino de suboficiales Badilla mantiene una dotación de aproximadamente 60 funcionarios en el área

llamada de "Solteros" desde Marzo a Diciembre. Durante los meses de enero y febrero la dotación se

reduce a la mitad (30 funcionarios app.). Estos funcionarios residen en ésta área y la mayor necesidad de

Agua Caliente Sanitaria se da en las duchas que éstos toman, una vez por día en las primeras horas de

la mañana.

• Infraestructura y ubicación de los baños.

La sección "Solteros" tiene 2 pisos y cuenta con un baño en cada nivel. Cada baño tiene 6 duchas para

los funcionarios.

• Tecnologías existentes

Como se señaló en el marco teórico de este trabajo, existen dos tipos de tecnologías de colectores

solares los cuales son los componentes principales de un sistema solar térmico para A.C.S.: Colectores

Heat Pipe y Colectores planos o de placa plana. Por lo tanto el presente trabajo evaluó ambas

alternativas con el fin de determinar aquella que sea la óptima para los requerimientos energéticos y

radiaciones solares de la dependencia en evaluación.

71

b) Modelo energético que permite estimar la energía generada o sustituida anualmente por un Proyecto Solar Térmico para calentar Agua de Consumo Sanitario.

Como se menciona anteriormente, se determinó la tecnología de colectores solares óptima para los

requerimientos energéticos y las radiaciones solares existentes en el lugar en evaluación.

En primer lugar se realizó una evaluación técnica basado en la construcción de un modelo energético

para tecnología de colectores Heat-Pipe.

b.1. Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos Solares Térmicos con Colectores Solares Heat-Pipe para calentamiento de Agua de Consumo Sanitario

Supuestos técnicos para Evaluación de Proyecto Solar Térmico con 30 colectores solares Heat-Pipe

Tabla 4.6: Supuestos técnicos sistema solar térmico de 30 colectores solares Heat Pipe para A.C.S.

Nº Colectores 30 Superficie del colector (m2) 4,9 Superficie absorción del colector (m2) 2,76 Superficie total a utilizar (m2) 147 Tº final Agua (ºC) 44 Tiempo Promedio Ducha (minutos) 10 Caudal agua/min (litros/min) 12 Consumo agua ducha (lt/ducha) 120 Residentes en las dependencias meses de Enero y Febrero 30 Residentes en las dependencias meses de Marzo a Diciembre 60 Nº Duchas / día / residente 1 Volumen (Lt)/día a calentar Enero-Febrero (50% utilización dependencias) 3.600 Volumen (Lt)/día a calentar Marzo-Diciembre (100% utilización dependencias) 7.200

Fuente: Elaboración propia.

72

Balance Energético con Sistema Solar Térmico de 30 colectores Heat-Pipe

Los resultados del balance energético calculado con el modelo del Software Solo 2000 descrito en el

diseño metodológico, se presentan a continuación:

Tabla 4.7: Balance energético entregado por software Solo 2000 con aportes del sistema solar térmico de

30 colectores Heat-Pipe

RESULTADOS Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept Octubre Nov Dic Anual

Requerimientos (Kwh) 3.845 3.496 8.156 8.444 9.114 9.221 9.683 9.528 8.945 8.881 8.143 7.949 95.405

Productividad (Kwh) 3.584 3.285 4.216 2.534 1.563 1.176 1.441 1.982 3.103 4.733 5.952 6.131 39.700

Cobertura (%) 93 94 52 30 17 13 15 21 35 53 73 77 42%

Productividad / m2 43 40 51 31 19 14 17 24 37 57 72 74 479

Fuente: Elaboración propia

Como se aprecia en la tabla, con un sistema solar térmico de 30 colectores Heat-Pipe se obtiene una

cobertura (%) o ahorro energético anual de un 42%, lo que se considera un ahorro considerable para este

tipo de proyectos dada también la latitud del lugar en evaluación.

Considerando esta cobertura anual (%) será necesario de todas formas la utilización, como sistema de

apoyo, de la fuente convencional actual de energía, que en este caso es la caldera a petróleo. Lo anterior

debido a que con el Sistema Solar térmico evaluado, los aportes energéticos o cobertura energética es

de un 42% y no alcanza a cubrir el 100%.

Toda la energía que el Sistema Solar produce será utilizada debido a que, en primer lugar y como se

mencionó anteriormente, los requerimientos energéticos son mayores que la energía producida, y en

segundo lugar porque la energía captada por los colectores es almacenada en termos para su posterior

utilización, no habiendo pérdidas energéticas significativas.

73

Los resultados de la tabla 4.5 se muestran en el siguiente gráfico de balance energético:

Figura 4.1: Balance energético mensual con sistema solar térmico de 30 colectores

Heat-Pipe para A.C.S. del Casino de Suboficiales Badilla

Fuente: Elaboración propia.

Como es lógico, durante los meses de invierno, en donde existe menor radiación solar y menor

temperatura ambiente y de la red se obtienen los rendimientos y coberturas menores del sistema solar

térmico. El mes de menor cobertura es el mes de Junio con un 14%

Al mismo tiempo observamos que para los meses de verano (Enero y Febrero) donde hay una mayor

radiación, temperatura ambiente y temperatura de la red de agua, se alcanzan coberturas o ahorros de

un 94%. Este excelente nivel de cobertura (%) es óptimo técnicamente ya que los fabricantes de sistemas

solares térmicos recomiendan que la cobertura que se alcance con estos sistemas no debe superar el

100% de los requerimientos energéticos porque es posible que exista sobrecalentamiento del sistema

solar y se produzcan aumentos de presión peligrosos para el correcto funcionamiento de los equipos.

Las mayores productividades (kWh) y por metro cuadrado se alcanzan durante los meses de Noviembre

y Diciembre. Sin embargo para estos meses no se alcanza el 94% de cobertura que se alcanza en los

meses de Enero y Febrero debido a que el volumen de agua a calentar para Noviembre y Diciembre es

de 7.200 litros en comparación con el menor volumen de Enero y Febrero que es de 3.600 litros ya que

existe una menor ocupación de la dependencia.

74

Supuestos técnicos para Evaluación de Proyecto Solar Térmico con 45 colectores solares Heat-Pipe

Como se mencionó anteriormente, se realiza la evaluación con un sistema de 45 colectores para evaluar

el comportamiento de estos sistemas con un mayor número de colectores.

Tabla 4.8: Supuestos técnicos sistema solar térmico de 45 colectores solares Heat Pipe para A.C.S.

Nº Colectores 45 Superficie del colector (m2) 4,9 Superficie absorción del colector (m2) 2,76 Superficie total a utilizar (m2) 220,5 Tº final Agua (ºC) 44 Tiempo Promedio Ducha (minutos) 10 Caudal agua/min (litros/min) 12 Consumo agua ducha (lt/ducha) 120 Residentes en las dependencias meses de Enero y Febrero 30 Residentes en las dependencias meses de Marzo a Diciembre 60 Nº Duchas / día / residente 1 Volumen (Lt) a calentar Enero-Febrero (50% utilización dependencias = 30 residentes) 3.600 Volumen (Lt) a calentar Marzo-Diciembre (100% utilización dependencias = 60 residentes) 7.200

Fuente: Elaboración propia

Balance Energético con Sistema Solar Térmico de 45 colectores solares Heat-Pipe

Los resultados del balance energético calculado con el modelo del Software Solo 2000 para un sistema

solar con 45 colectores solares son los siguientes:

Tabla 4.9: Balance energético entregado por software Solo 2000 con aportes del sistema solar térmico

de 45 colectores Heat-Pipe

RESULTADOS Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept Octubre Nov Dic Anual Requerimientos (Kwh) 3.845 3.496 8.156 8.444 9.114 9.221 9.683 9.528 8.945 8.881 8.143 7.949 95.405 Productividad (Kwh) 3.586 3.286 5.483 3.590 2.248 1.679 2.061 2.833 4.300 5.953 6.234 6.139 47.392 Cobertura (%) 93 94 67 43 25 18 21 30 48 67 77 77 50% Productividad / m2 29 26 44 29 18 14 17 23 35 48 50 49 382

Fuente: Elaboración propia

75

El ahorro energético anual para el sistema solar térmico con 45 colectores solares es de un 50% y los

aportes en meses de verano se mantienen bajo el 100% que es el límite de cobertura técnicamente

recomendado.

El balance energético para el sistema solar térmico de 45 colectores se ilustra en el siguiente gráfico:

Figura 4.2: Balance energético con sistema solar térmico de 45 colectores solares Heat-Pipe

Heat-Pipe para A.C.S. del Casino de Suboficiales Badilla

Fuente: Elaboración propia

Se observa nuevamente la baja de cobertura energética del sistema solar en los meses de invierno, y el

déficit energético que en estos meses se produce por lo que, igual que en el caso anterior, es necesario

el sistema de apoyo de la fuente convencional o caldera a petróleo.

El mes de menor cobertura es el mes de Junio con un 14%.

Las mayores productividades se alcanzan al igual que en el caso anterior, durante los meses de

Noviembre a Febrero, especialmente en Enero y Febrero donde el volumen de agua a calentar disminuye

por la menor ocupación de la dependencia.

Para este Sistema con 45 colectores, nuevamente toda la energía que el Sistema Solar produce será

utilizada debido a que los requerimientos energéticos son mayores que la energía producida, y además

porque la energía captada por los colectores es almacenada en termos para su posterior utilización, no

habiendo pérdidas energéticas significativas.

76

Comparación de producciones energéticas (kwh) anuales para Sistema Solar Térmico Heat-Pipe para A.C.S. de 30 y 45 colectores solares Comparación de Producciones Anuales (kwh)

Figura 4.3: Comparación Producciones Anuales para Sistema Solar Térmico con 30 y 45 colectores

Fuente: Elaboración propia

Se observa una diferencia de productividad energética de 7.692 kwh anuales, con una producción anual

(kwh) mayor para el sistema solar térmico de 45 colectores que para el de 30 colectores.

Comparación de cobertura energética anual (%) para Sistema Solar Térmico Heat-Pipe para A.C.S. de 30 y 45 colectores solares

Figura 4.4: Comparación de coberturas energéticas para Sistema Solar Heat Pipe con 30 y 45 colectores

Fuente: Elaboración propia

77

En la figura 4.4.podemos observar que al aumentar desde 30 a 45 colectores solares, existe una

diferencia de cobertura energética de un 8% entre ambos sistemas solares, aumentando desde un 42% a

un 50% de cobertura.

Comparación de productividades para ambos Sistemas Solares Térmicos para A.C.S. Como se observa en las tablas anteriores, el software SOLO 2000 entrega las productividades (kw/m2)

que tienen los sistemas solares térmicos para un determinado nº de colectores.

Es interesante comparar las productividades por metro cuadrado de ambos sistemas para conocer qué

sistema solar tiene una mayor eficiencia productiva.

Los resultados de la comparación de las productividades de un sistema con 30 y 45 colectores solares

Heat Pipe se muestran en el siguiente gráfico:

Figura 4.5: Comparación de productividades en kw/m2 de los dos sistemas solares térmicos para A.C.S.

evaluados.

Fuente: Elaboración propia

El sistema solar térmico de 45 colectores pese a tener una mayor cobertura energética (%) que el

sistema con 30 colectores, tiene una menor productividad (kwh/m2), es decir, es menos eficiente. Sin

embargo cabe destacar que esta eficiencia productiva va correlacionada con el volumen de agua a

calentar. Por lo tanto si tuviéramos un volumen de agua a calentar mayor el sistema solar más eficiente

sería el de 45 colectores.

78

Los resultados e iteraciones realizadas con el software SOLO 2000 para los volúmenes de agua sanitaria

a calentar indicadas en los supuestos técnicos, indican que a medida que aumenta el número de

colectores, la productividad por metro cuadrado disminuye.

Lo anterior lo podemos apreciar en el siguiente gráfico:

Evolución Aportes o Coberturas Energéticas (%) Sistema Solar Heat-Pipe para distintos Nº de Colectores

Figura 4.6: Evolución de las coberturas energéticas de un Sistema Solar Heat Pipe para los

requerimientos del Casino para distintos N° de colectores

Fuente: Elaboración propia

Se puede observar que la función de cobertura energética (%) es creciente y asintótica a medida que el

número de colectores solares aumenta.

Podemos observar que para sistemas solares térmicos Heat Pipe que tengan desde 15 colectores, la

cobertura anual (%) sobre los requerimientos energéticos superan el 30%.

79

b.2 Modelo Energético para evaluación de Factibilidad Técnica de Proyectos Solares Térmicos con Colectores Solares Planos para calentamiento de Agua de Consumo Sanitario

Corrección radiación solar en plano horizontal a plano inclinado.

Inclinación: 35º, Latitud: -41,5º

Tabla 4.10: Tabla de ajuste de radiación solar en plano inclinado 35º

Fuente: Elaboración propia

El presente cálculo toma en consideración las radiaciones oficiales y considera las pérdidas o aumentos

de energía resultantes de la inclinación del colector.

Cálculo de la curva de eficiencia de los colectores solares planos

Los coeficientes de transmisión de calor necesarios para calcular la curva de eficiencia son:

Tabla 4.11: Coeficientes de transmisión de calor

Fuente: Elaboración propia

MesEnero 5,32 0,97 5,16Febrero 5,25 1,08 5,67Marzo 3,46 1,26 4,36Abril 2,30 1,5 3,44Mayo 1,35 1,76 2,38Junio 0,98 1,91 1,87Julio 1,21 1,82 2,19Agosto 1,72 1,59 2,74Septiembre 2,68 1,32 3,54Octubre 3,56 1,12 3,99Noviembre 4,46 0,99 4,42Diciembre 5,12 0,94 4,81

Radiación media plano horizontal (kwh/m2/día)

Radiación media plano inclinado (kwh/m2/día)Factor K

Factor Óptico 0,818A1 (w/m2K) 4,208A2 (w/m2K2) 0,014

80

Tabla 4.12: Cálculo de curva de eficiencia de los colectores para las condiciones climáticas locales.

Fuente: Elaboración propia.

Los resultados de obtenidos en la tabla anterior de la curva de eficiencia de los colectores planos para la

ciudad de Puerto Montt se muestran en el siguiente gráfico:

Figura 4.7: Curva de Eficiencia de colectores planos para ciudad de Puerto Montt.

Fuente: Elaboración propia

Podemos observar en el gráfico que la eficiencia (n) baja a 0% durante los meses de invierno. Esto está

dado fundamentalmente porque los colectores planos tienen coeficientes de pérdida para transmisión de

calor bastante altos y muy superiores a los de los colectores Heat Pipe. Lo anterior, junto a las bajas

temperaturas y baja radiación durante los meses de invierno hacen que la eficiencia sea nula durante el

invierno.

Enero 1.915 222 12,2 44,0 28,1 17,0 60%Febrero 1.888 219 11,4 44,0 27,7 17,0 60%Marzo 1.244 144 11,4 44,0 27,7 15,0 43%Abril 827 96 9,9 44,0 27,0 12,0 13%Mayo 488 56 9,0 44,0 26,5 10,0 0%Junio 353 41 8,0 44,0 26,0 9,0 0%Julio 434 50 7,8 44,0 25,9 8,0 0%Agosto 620 72 8,1 44,0 26,1 8,0 0%Septiembre 965 112 8,7 44,0 26,4 10,0 17%Octubre 1.282 148 9,7 44,0 26,9 11,0 34%Noviembre 1.607 186 10,7 44,0 27,4 13,0 48%Diciembre 1.842 213 11,8 44,0 27,9 15,0 55%

T amb Eficiencia nRadiación solar J/cm2/díaMes T int T e T mRadiación solar

w/m2

81

Demanda Energética Mensual para calentamiento de agua sanitaria en duchas

Tabla 4.13: Demanda energética mensual considerando 1 kcal para elevar en 1ºC un litro de agua.

Fuente: Elaboración propia.

Colección de Energía Solar por colector solar y por el sistema de colectores solares planos

Se evaluará un sistema con 30 colectores solares tomando el mismo número de la evaluación anterior

para colectores solares Heat-Pipe.

Tabla 4.14: Generación de energía por colector solar y energía aportada por sistema de 30 colectores

solares planos.

Fuente: Elaboración propia.

Mes T inicial (ºC) T final (ºC) Delta T (ºC) Consumo (lit/día) Kcal/mes Kwh/mesEnero 12,2 44,0 31,8 3.600 3.548.880 4.125

Febrero 11,4 44,0 32,6 3.600 3.286.080 3.819Marzo 11,4 44,0 32,6 7.200 7.276.320 8.457Abril 9,9 44,0 34,1 7.200 7.365.600 8.560

Mayo 9,0 44,0 35,0 7.200 7.812.000 9.079Junio 8,0 44,0 36,0 7.200 7.776.000 9.037Julio 7,8 44,0 36,2 7.200 8.079.840 9.391

Agosto 8,1 44,0 35,9 7.200 8.012.880 9.313Septiembre 8,7 44,0 35,3 7.200 7.624.800 8.862

Octubre 9,7 44,0 34,3 7.200 7.655.760 8.898Noviembre 10,7 44,0 33,3 7.200 7.192.800 8.360Diciembre 11,8 44,0 32,2 7.200 7.187.040 8.353

82.818.000 96.253TOTALES ANUALES

5,16 59,9% 31 265 227.716 6.831.482 7.9405,67 60,5% 28 265 227.764 6.832.906 7.9414,36 43,1% 31 161 138.256 4.147.686 4.8213,44 12,8% 30 36 31.335 940.064 1.0932,38 0,0% 31 0 0 0 01,87 0,0% 30 0 0 0 02,19 0,0% 31 0 0 0 02,74 0,0% 31 0 0 0 03,54 16,9% 30 49 42.527 1.275.819 1.4833,99 34,5% 31 118 101.168 3.035.054 3.5274,42 47,8% 30 175 150.398 4.511.943 5.2444,81 55,2% 31 227 195.611 5.868.322 6.820

TOTAL 33.443.275 38.869

OctubreNoviembreDiciembre

Gen Energía por Panel Solar

AgostoSeptiembre

Julio

Marzo

Energía Aportada por el sistema

(kWh)

Energía Aportada por el sistema

(Kcal)

AbrilMayoJunio

Energía Colectada

(Kwh/mes)

Energía (kcal/mes)

Días

EneroFebrero

Radiación media diaria

(Kwh/m2/día)

Rendimiento Panel

82

Balance Energético mensual y anual con Sistema Solar de 30 Colectores Planos

Tabla 4.15: Balance energético mensual, aporte de la fuente convencional de energía y cobertura (%)

mensual y anual del sistema solar de 30 colectores planos.

Fuente: Elaboración propia.

El balance energético de la tabla anterior se muestra en el siguiente gráfico:

Figura 4.8: Balance energético mensual (Kcal/mes) sistema solar de 30 colectores planos

Fuente: Elaboración propia.

6.831.482 3.548.880 3.282.602 3.815 0 0 3.548.880 4.125 100%6.832.906 3.286.080 3.546.826 4.122 0 0 3.286.080 3.819 100%4.147.686 7.276.320 -3.128.634 -3.636 3.128.634 3.636 4.147.686 4.821 57%940.064 7.365.600 -6.425.536 -7.468 6.425.536 7.468 940.064 1.093 13%

0 7.812.000 -7.812.000 -9.079 7.812.000 9.079 0 0 0%0 7.776.000 -7.776.000 -9.037 7.776.000 9.037 0 0 0%0 8.079.840 -8.079.840 -9.391 8.079.840 9.391 0 0 0%0 8.012.880 -8.012.880 -9.313 8.012.880 9.313 0 0 0%

1.275.819 7.624.800 -6.348.981 -7.379 6.348.981 7.379 1.275.819 1.483 17%3.035.054 7.655.760 -4.620.706 -5.370 4.620.706 5.370 3.035.054 3.527 40%4.511.943 7.192.800 -2.680.857 -3.116 2.680.857 3.116 4.511.943 5.244 63%5.868.322 7.187.040 -1.318.718 -1.533 1.318.718 1.533 5.868.322 6.820 82%

33.443.275 82.818.000 -49.374.725 -57.384 56.204.153 65.322 26.613.847 30.931 32%

Energía Aprovechable

(Kwh)

Diciembre

Balance (Kwh)

Balance (Kcal)

Aporte Fuente Convencional

(Kcal)Balance Energético mensual

Noviembre

Cobertura (%)

Energía Aprovechable

(Kcal)

TOTAL

Aporte Fuente Convencional

(Kwh)

JunioJulio

AgostoSeptiembre

Octubre

EneroFebreroMarzoAbrilMayo

Energía Aportada

(Kcal)

Energía Requerida

(Kcal)

83

Se observa un aporte energético nulo del sistema solar térmico durante 4 meses del año. Por lo tanto

durante estos meses la fuente convencional tendría que cubrir el 100% de los requerimientos energéticos

para A.C.S. no habiendo ahorro energético para estos meses del año.

b.3. Comparación Técnica Sistemas Solares Térmicos de colectores tecnología Heat Pipe con colectores planos Comparación energía aprovechable Anual (kwh/año) de sistema solar para A.C.S. con colectores Heat-Pipe y sistema solar para A.C.S. con colectores planos

Figura 4.9: Comparación energía aprovechable (kWh) para Sistema con 30 colectores Heat-Pipe y 30

colectores Planos.

Fuente: Elaboración propia

Se comparó la energía aprovechable (kwh) y no la energía producida, ya que durante los meses de

verano el sistema solar térmico de colectores planos produce más energía que la necesaria para calentar

agua, sin embargo esta no es aprovechable. Además como ya se mencionó, el hecho que el sistema

solar térmico tenga una cobertura superior al 100% que se da en los meses de verano, podría provocar

sobrecalentamiento del sistema completo y aumentos de presiones que podrían generar complicaciones

en los equipos.

La diferencia de producción energética que existe entre ambos sistemas es de 8.769 kwh, siendo

superior para el sistema solar térmico con colectores Heat-Pipe.

84

Comparación Ahorros Anuales (%) sobre energía utilizada con ambos sistemas solares térmicos para A.C.S.

Figura 4.10: Comparación ahorro anual Sistema Solar Térmico con 30 colectores Heat-Pipe versus

Sistema Solar Térmico de 30 colectores Planos

Fuente: Elaboración propia

Las coberturas energéticas de cada sistema solar térmico se llevaron a ahorros anuales (%) energéticos

y el resultado es que existe una diferencia de un 10% entre ambos sistemas.

El sistema que genera mayores ahorros es el de colectores Heat Pipe con un 42% anual comparado con

un 32% de ahorro energético anual que genera el de colectores Planos.

Por lo tanto se concluye que el mejor sistema solar térmico para las características técnicas de esta

evaluación es el de colectores Heat Pipe. Se procede a los análisis financieros considerando este

resultado.

85

c) Cálculos Económicos e Indicadores de Rentabilidad. Evaluación Económica del Sistema Solar Térmico de 30 y de 45 colectores Heat-Pipe Supuestos:

• Se evalúa el proyecto con un precio del petróleo de $640 /Litro que es el precio promedio que ha

tenido el petróleo durante la elaboración del presente proyecto (Agosto 2010-Noviembre 2011)

• Consumo anual de Petróleo para calentar A.C.S.: Se utilizaron los cálculos de requerimientos

energéticos para estimar el consumo de petróleo mensual y anual del Casino Badilla destinado a A.C.S.

• Se evalúan 3 escenarios de aumentos de los precios del petróleo. Estos escenarios están basados en

proyecciones del U.S. Department of Energy (DOE), quien proyectó el año 2009, antes del conflicto

bélico con Libia, un aumento anual en los precios del petróleo de 1,5% la cual es bastante baja y

optimista si la comparamos con las series históricas. De acuerdo a este dato, se evaluará un primer

escenario optimista con un aumento del precio del petróleo de un 1,5% anual. Luego un segundo

escenario que considera el doble de la tasa proyectada por el DOE el año 2009 de 3%, y finalmente un

tercer escenario pesimista con un aumento anual de un 5% en el precio del petróleo.

Una estimación del precio del petróleo de la Agencia Internacional de Energía (EIA) proyecta un valor

de 125 US$ el Barril para el año 2030. En el Informe Técnico Definitivo para Abril del 2009 emitido por

la CNE el precio del petróleo para enero del 2009 es de 40 US$ el barril aproximadamente.

Considerando estas cifras, la tasa de crecimiento del precio del petróleo en el periodo 2009-2030 sería

de 5,57% anual aproximadamente. Por lo tanto, nuestro escenario pesimista de un 5% de aumento

anual es totalmente factible. Además desde el año 2001 a febrero 2012 la tasa promedio anual % de

incremento en el precio del crudo fue de 15% (Anexos).

• El Manual para Estudios de Pre-Inversión en Eficiencia Energética (CORFO) indica que se debe

utilizar una tasa de 10% que implica cero riesgo para el proyecto. Sin embargo, se utilizó una tasa de

descuento para el cálculo del VAN de un 8% anual. Lo anterior debido a que por las características de

la Institución demandante del estudio, existe posibilidad de financiar totalmente la implementación del

proyecto sin necesidad de recurrir a financiamiento externo con el riesgo asociado que esto implica. Es

decir, la eventual implementación del proyecto tiene un riesgo bajo para la Institución y por esto se

utilizó una tasa de 8%.

• Las mantenciones de los equipos se ajustan a un IPC de un 4,4%. Se consideraron como referencia

las series históricas del Instituto Nacional de Estadísticas (INE) desde el año 2000, y se utilizó el valor

más alto de estas de 4,4% anual (año 2000 y 2011), para otorgar un margen de seguridad.

96.30010,049.592

Requerimientos Energéticos anuales (kwh)kwh por Litro de Petróleo

Litros de Petróleo equivalentes a requerimientos energía

86

c.1. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 30 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 1,5 % Anual.

Figura 4.11: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 30 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 1,5%

Fuente: Elaboración propia.

30Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

42%9.592640

6.138.8802.578.330100.000

4,4%1,5%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 2.578.330 2.617.005 2.656.260 2.696.104 2.736.545 2.777.593 2.819.257 2.861.546 2.904.469 2.948.036

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.230.963 -6.324.428 -6.419.294 -6.515.583 -6.613.317 -6.712.517 -6.813.205 -6.915.403 -7.019.134

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -20.700.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -26.400.000 -6.238.880 -6.126.563 -6.433.421 -6.305.505 -6.634.380 -6.719.294 -6.841.997 -6.678.028 -7.056.528 -6.871.799

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

2.992.257 3.037.141 3.082.698 3.128.938 3.175.872 3.223.510 3.271.863 3.320.941 3.370.755 3.421.316

-7.124.421 -7.231.287 -7.339.756 -7.449.853 -7.561.601 -7.675.025 -7.790.150 -7.907.002 -8.025.607 -8.145.991-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-7.278.238 -7.070.702 -7.507.407 -7.274.825 -7.994.329 -7.484.256 -7.989.313 -7.699.076 -8.242.682 -7.919.366

-4.871.927 -4.498.049

VAN Costos Petróleo -67.153.177

VAN Proyecto S. Térmico

-65.595.774

Costo PetroleoMantención

Recambio bomba

Diferencia con Proyecto

$ 1.557.403

Tasa de Descuento

-3.923.763FLUJO NETO CON PROYECTO

-26.400.000 -3.660.550 -3.509.559 -3.777.162 -3.609.401 -3.897.834 -3.941.701 -4.022.740 -3.816.482 -4.152.059

Costo Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anual

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleo

Total Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO

INGRESOS

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Período

-4.285.981 -4.033.561 -4.424.710 -4.145.887 -4.818.457 -4.260.745 -4.717.450 -4.378.135

Ahorros

EGRESOS

87

c.2. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 30 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 3 % Anual.

Figura 4.12: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 30 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 3%

Fuente: Elaboración propia.

30Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

42%9.592640

6.138.8802.578.330100.000

4,4%3,0%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 2.578.330 2.655.679 2.735.350 2.817.410 2.901.933 2.988.991 3.078.660 3.171.020 3.266.151 3.364.135

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.323.046 -6.512.738 -6.708.120 -6.909.364 -7.116.644 -7.330.144 -7.550.048 -7.776.550 -8.009.846

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -20.700.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -26.400.000 -6.238.880 -6.218.646 -6.621.731 -6.594.331 -7.028.160 -7.222.621 -7.459.624 -7.414.871 -7.917.675 -7.862.511

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

3.465.059 3.569.011 3.676.081 3.786.364 3.899.955 4.016.954 4.137.462 4.261.586 4.389.434 4.521.117

-8.250.141 -8.497.646 -8.752.575 -9.015.152 -9.285.607 -9.564.175 -9.851.100 -10.146.633 -10.451.032 -10.764.563-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-8.403.959 -8.337.060 -8.920.226 -8.840.125 -9.718.336 -9.373.406 -10.050.263 -9.938.707 -10.668.107 -10.537.937

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleoCosto Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anualTasa de Descuento

-4.651.524 -4.498.376FLUJO NETO CON PROYECTO

-26.400.000 -3.660.550 -3.562.967 -3.886.382 -3.776.920

Mantención

-4.126.227 -4.233.631 -4.380.963 -4.243.851

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Petroleo

Recambio bombaTotal Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -4.938.899 -4.768.049

Diferencia con Proyecto

$ 4.937.713

-5.053.761 -5.818.381 -5.356.453-5.244.144 -6.016.821

VAN Costos Petróleo -75.201.534

VAN Proyecto S. Térmico

-70.263.821

-5.912.801 -5.677.121 -6.278.673

88

c.3. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 30 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 5 % Anual.

Figura 4.13: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 30 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 5%

Fuente: Elaboración propia.

30Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

42%9.592640

6.138.8802.578.330100.000

4,4%5,0%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 2.578.330 2.707.246 2.842.608 2.984.739 3.133.976 3.290.675 3.455.208 3.627.969 3.809.367 3.999.835

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.445.824 -6.768.115 -7.106.521 -7.461.847 -7.834.939 -8.226.686 -8.638.021 -9.069.922 -9.523.418

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -20.700.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -26.400.000 -6.238.880 -6.341.424 -6.877.109 -6.992.732 -7.580.643 -7.940.916 -8.356.166 -8.502.843 -9.211.047 -9.376.083

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

4.199.827 4.409.819 4.630.310 4.861.825 5.104.916 5.360.162 5.628.170 5.909.579 6.205.058 6.515.310

-9.999.589 -10.499.568 -11.024.546 -11.575.774 -12.154.562 -12.762.291 -13.400.405 -14.070.425 -14.773.947 -15.512.644-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-10.153.406 -10.338.983 -11.192.197 -11.400.746 -12.587.291 -12.571.522 -13.599.568 -13.862.500 -14.991.021 -15.286.018

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleoCosto Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anualTasa de Descuento

-5.401.680 -5.376.248FLUJO NETO CON PROYECTO

-26.400.000 -3.660.550 -3.634.178 -4.034.500 -4.007.993

Mantención

-4.446.667 -4.650.242 -4.900.958 -4.874.875

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Petroleo

Recambio bombaTotal Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -5.953.579 -5.929.164

Diferencia con Proyecto

$ 10.372.702

-6.538.921 -7.482.375 -7.211.360-6.561.888 -8.770.708

VAN Costos Petróleo -88.141.985

VAN Proyecto S. Térmico

-77.769.282

-7.971.398 -7.952.921 -8.785.964

89

c.4. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 45 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 1,5 % Anual.

Figura 4.14: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 45 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 1,5%

Fuente: Elaboración propia.

45Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

50%9.592640

6.138.8803.069.440100.000

4,4%1,5%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 3.069.440 3.115.482 3.162.214 3.209.647 3.257.792 3.306.659 3.356.258 3.406.602 3.457.701 3.509.567

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.230.963 -6.324.428 -6.419.294 -6.515.583 -6.613.317 -6.712.517 -6.813.205 -6.915.403 -7.019.134

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -31.050.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -36.750.000 -6.238.880 -6.126.563 -6.433.421 -6.305.505 -6.634.380 -6.719.294 -6.841.997 -6.678.028 -7.056.528 -6.871.799

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

3.562.210 3.615.644 3.669.878 3.724.926 3.780.800 3.837.512 3.895.075 3.953.501 4.012.804 4.072.996

-7.124.421 -7.231.287 -7.339.756 -7.449.853 -7.561.601 -7.675.025 -7.790.150 -7.907.002 -8.025.607 -8.145.991-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-7.278.238 -7.070.702 -7.507.407 -7.274.825 -7.994.329 -7.484.256 -7.989.313 -7.699.076 -8.242.682 -7.919.366

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleoCosto Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anualTasa de Descuento

-3.598.826 -3.362.232FLUJO NETO CON PROYECTO

-36.750.000 -3.169.440 -3.011.082 -3.271.207 -3.095.858

Mantención

-3.376.588 -3.412.636 -3.485.739 -3.271.425

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Petroleo

Recambio bombaTotal Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -3.716.028 -3.455.058

Diferencia con Proyecto

-3.420.343

-3.549.899 -4.213.529 -3.646.743-3.837.529 -3.846.370

VAN Costos Petróleo -67.153.177

VAN Proyecto S. Térmico

-70.573.520

-4.094.238 -3.745.575 -4.229.878

90

c.5. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 45 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 3 % Anual.

Figura 4.15: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 45 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 3%

Fuente: Elaboración propia.

45Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

50%9.592640

6.138.8803.069.440100.000

4,4%3,0%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 3.069.440 3.161.523 3.256.369 3.354.060 3.454.682 3.558.322 3.665.072 3.775.024 3.888.275 4.004.923

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.323.046 -6.512.738 -6.708.120 -6.909.364 -7.116.644 -7.330.144 -7.550.048 -7.776.550 -8.009.846

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -31.050.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -36.750.000 -6.238.880 -6.218.646 -6.621.731 -6.594.331 -7.028.160 -7.222.621 -7.459.624 -7.414.871 -7.917.675 -7.862.511

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

4.125.071 4.248.823 4.376.287 4.507.576 4.642.803 4.782.088 4.925.550 5.073.317 5.225.516 5.382.282

-8.250.141 -8.497.646 -8.752.575 -9.015.152 -9.285.607 -9.564.175 -9.851.100 -10.146.633 -10.451.032 -10.764.563-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-8.403.959 -8.337.060 -8.920.226 -8.840.125 -9.718.336 -9.373.406 -10.050.263 -9.938.707 -10.668.107 -10.537.937

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleoCosto Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anualTasa de Descuento

-4.029.400 -3.857.588FLUJO NETO CON PROYECTO

-36.750.000 -3.169.440 -3.057.123 -3.365.362 -3.240.271

Mantención

-3.573.478 -3.664.299 -3.794.552 -3.639.847

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Petroleo

Recambio bombaTotal Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -4.278.888 -4.088.238

Diferencia con Proyecto

$ 603.836

-4.332.549 -5.075.532 -4.591.319-4.543.938 -5.155.656

VAN Costos Petróleo -75.201.534

VAN Proyecto S. Térmico

-74.597.699

-5.124.713 -4.865.391 -5.442.591

91

c.6. Flujo Neto de Proyecto Sistema Solar Térmico de 45 colectores. Tasa de Aumento precio del Petróleo 5 % Anual.

Figura 4.16: Flujo Neto Proyecto Solar Térmico Heat Pipe de 45 colectores solares. Tasa anual de

aumento del precio del petróleo 5%

Fuente: Elaboración propia.

45Precio por Colector sin IVA ($ pesos) 690.000

50%9.592640

6.138.8803.069.440100.000

4,4%5,0%8%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOS

Ahorros 3.069.440 3.222.912 3.384.058 3.553.260 3.730.924 3.917.470 4.113.343 4.319.010 4.534.961 4.761.709

EGRESOSCosto Petroleo -6.138.880 -6.445.824 -6.768.115 -7.106.521 -7.461.847 -7.834.939 -8.226.686 -8.638.021 -9.069.922 -9.523.418

Mantención -100.000 104.400 -108.994 113.789 -118.796 124.023 -129.480 135.177 -141.125 147.335Recambio bomba 0 0 0 0 0 -230.000 0 0 0 0

InversiónColectores -31.050.000Estanque -2.500.000

Instalación -3.000.000Bomba -200.000

Total Egresos -36.750.000 -6.238.880 -6.341.424 -6.877.109 -6.992.732 -7.580.643 -7.940.916 -8.356.166 -8.502.843 -9.211.047 -9.376.083

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

4.999.794 5.249.784 5.512.273 5.787.887 6.077.281 6.381.145 6.700.203 7.035.213 7.386.973 7.756.322

-9.999.589 -10.499.568 -11.024.546 -11.575.774 -12.154.562 -12.762.291 -13.400.405 -14.070.425 -14.773.947 -15.512.644-153.817 160.585 -167.651 175.028 -182.729 190.769 -199.163 207.926 -217.075 226.626

0 0 0 0 -250.000 0 0 0 0 0-10.153.406 -10.338.983 -11.192.197 -11.400.746 -12.587.291 -12.571.522 -13.599.568 -13.862.500 -14.991.021 -15.286.018

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Datos para evaluación económicaN° Colectores

Ahorro Anual %Consumo Petróleo Anual (lts)Precio petróleoCosto Anual Petróleo ( $ pesos)Ahorro ($ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio petróleo anualTasa de Descuento

-4.676.086 -4.614.374FLUJO NETO CON PROYECTO

-36.750.000 -3.169.440 -3.118.512 -3.493.051 -3.439.471

Mantención

-3.849.720 -4.023.447 -4.242.823 -4.183.833

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Petroleo

Recambio bombaTotal Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -5.153.612 -5.089.199

Diferencia con Proyecto

$ 7.074.061

-5.612.859 -6.510.010 -6.190.376-5.679.924 -7.529.696

VAN Costos Petróleo -88.141.985

VAN Proyecto S. Térmico

-81.067.924

-6.899.365 -6.827.287 -7.604.048

92

d) Análisis de Sensibilidad y de Escenarios d.1. Análisis de Sensibilidad de la variable Tasa de Incremento (%) del precio del petróleo para Sistema Solar Heat-Pipe de 30 colectores, sobre los ahorros acumulados del proyecto En los supuestos de evaluación financiera se establecieron tres escenarios con tres tasas de incremento

anual de precios del petróleo diferentes. Para estos tres escenarios obtenemos los siguientes ahorros

acumulados durante la vida del proyecto solar térmico: Sistema solar térmico Heat-Pipe con 30 colectores solares

Figura 4.17: Ahorros acumulados (pesos) Sistema Solar Térmico 30 colectores Heat-Pipe.

Fuente: Elaboración propia

Podemos observar que para la tasa de 1,5% anual de aumento del precio del petróleo se alcanza un

ahorro acumulado de 33 millones de pesos en 20 años. Para la tasa de 3 % anual se logran ahorros

acumulados de 42 millones de pesos durante la vida del proyecto. Finalmente, tomando en cuenta el

escenario de un 5% anual de incremento en el precio del petróleo los ahorros acumulados alcanzan un

monto de 58 millones de pesos.

La recuperación de la inversión se encuentra entre el año 8,5 y 10 dependiendo del escenario.

93

d.2. Análisis de Sensibilidad de la variable Tasa de Incremento (%) del precio del petróleo para Sistema Solar Heat-Pipe de 45 colectores, sobre los ahorros acumulados del proyecto

Figura 4.18: Ahorros acumulados (pesos) Sistema Solar Térmico 45 colectores Heat-Pipe.

Fuente: Elaboración propia

En esta figura podemos observar los distintos ahorros acumulados durante la vida del proyecto para las

distintas tasas de aumento (%) anual del precio del petróleo.

Para una de tasa de aumento del precio del petróleo de 1,5% anual los ahorros acumulados son de 34

millones de pesos. Podemos observar para una tasa del 3% anual ahorros a lo largo de la vida del

proyecto por 45 millones de pesos. Finalmente para una tasa de aumento de precio del 5% anual, se

observan ahorros de 64 millones de pesos en 20 años.

La recuperación de la inversión en términos absolutos, sin corrección monetaria, se entre el año 10 y 12

dependiendo del escenario.

94

d.3. Evolución Valores Actuales Netos Sistema Heat-Pipe para distintintos Nº de colectores En función de las evaluaciones realizadas para sistemas solares Heat Pipe de 30 y 45 colectores;

balances energéticos, productividades y flujos netos de los proyectos solares térmicos, que toman como

referencia para la iteración el nº de colectores sugerido por una empresa proveedora de estos sistemas y

equipos para el volumen indicado en los supuestos, se eligió el sistema solar térmico Heat Pipe de 30

colectores como base para el presente análisis de la evolución de los VAN a medida que varía el número

de colectores solares.

Figura 4.19: Evolución de los VAN para distintos N° de colectores Heat-Pipe tasa aumento precio

petróleo 1,5%

Fuente: Elaboración propia

Se puede observar que la curva de los VAN es decreciente a partir de 19 colectores.

Figura 4.20: Evolución de los VAN para distintos N° de colectores Heat-Pipe tasa aumento precio

petróleo 3%

Fuente: Elaboración propia

95

Figura 4.21: Evolución de los VAN para distintos N° de colectores Heat-Pipe tasa aumento precio

petróleo 5%

Fuente: Elaboración propia

Se observa también en las últimas dos curvas de evolución de los VAN, una disminución de éstos para

sistemas solares a partir de 19 colectores y más.

96

4.8.2. Aplicación del Modelo de Evaluación Técnica y Financiera del Proyecto Eólico para Iluminación Exterior del Casino de Suboficiales Badilla.

a) Caracterización a través de parámetros técnicos generales e información económica básica

• Cálculo de consumo eléctrico base mensual (kwh/mes) y potencia mínima utilizada (kw) Tabla 4.16: Consumos eléctricos promedios en kwh/mes y potencia mínima utilizada en kw

Fuente: Elaboración propia.

Podemos observar en la tabla 4.16 que la potencia mínima utilizada a lo largo del año es de 6,6 kw.

Figura 4.22: Comparación de producciones máximas de los Aerogeneradores en evaluación, versus

consumo eléctrico mensual (kwh) mínimo durante el año 2010

Fuente: Elaboración propia

Se puede observar en el gráfico que el consumo mensual mínimo por hora (kwh) es muy superior a las

producciones energéticas máximas o nominales de cualquiera de los tres aerogeneradores en

evaluación. Por lo tanto se concluye que no es necesario un sistema de almacenamiento ya que de lo

anterior se desprende que existirá un consumo instantáneo de la energía producida en cualquier

momento.

Mes Badilla 1 Badilla 2 Total mes (kwh/mes) Potencia utilizada mínima por mes (kw)Enero 3.127 3.312 6.439 8,9Febrero 3.544 2.603 6.147 8,5Marzo 3.209 2.185 5.394 7,5Abril 2.875 1.852 4.727 6,6Mayo 3.083 2.753 5.836 8,1Junio 3.083 2.805 5.888 8,2Julio 3.684 3.614 7.298 10,1Agosto 4.619 3.749 8.368 11,6Septiembre 4.577 4.184 8.761 12,2Octubre 4.829 4.609 9.438 13,1Noviembre 4.239 4.296 8.535 11,9Diciembre 4.186 3.632 7.818 10,9

Consumo Eléctrico Año 2010

97

• Potencia Instalada Sistema de Iluminación Exterior

Se realizó un catastro del número de ampolletas y focos halógenos utilizados en el Casino de

Suboficiales Badilla obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 4.17: Consumo mensual (kWh) y potencia instalada del sistema de iluminación exterior

Fuente: Elaboración propia

• Costo del kilowatt-hora

El promedio anual del costo en pesos chilenos del kilowatt-hora durante el año 2010 para el Casino de

Suboficiales Badilla fue de $ 126 / kWh

• Cotizaciones de Sistemas de generación Eólica Se cotizaron tres aerogeneradores a empresas distintas.

a) Aerogenerador 1,4 Kw, marca Eshia (España)

b) Aerogenerador 1,5 Kw, marca Bornay (España)

c) Aerogenerador 2,4 Kw, marca SkyStream (U.S.A.)

Los costos asociados a cada ítem de los sistemas eólicos serán detallados en la evaluación económica

en el apartado de cálculos económicos y financieros.

Tipo Cant luces Potencia (w) Kw Horas Utilización Consumo Anual (kWh) Potencia Instalada (kw)Ampolleta 28 40 0,04 10 4.088 1,28Foco Halógeno 2 80 0,08 10 584

Total Año (kWh) 4.672Consumo Mensual (kWh) 389,3

98

b) Modelo energético que permite estimar la energía generada o sustituida anualmente por un Proyecto Eólico de pequeña escala

De acuerdo a la información obtenida de la empresa Thauby y Cia., la velocidad de vientos promedio

anual para el emplazamiento exacto del Casino de Suboficiales Badilla es de 5 m/s. Esta velocidad de

viento se obtuvo mediante software satelital. De acuerdo a esta velocidad se hace aún más interesante el

evaluar proyectos eólicos de pequeña escala.

Potenciales de generación eléctrica para los 3 aerogeneradores evaluados para velocidad de vientos del lugar en estudio

Se evalúa y compara el potencial de generación para la velocidad del emplazamiento de 5 m/s promedio

anual:

Figura 4.23: Potencial de Generación Eléctrica para 3 Aerogeneradores a velocidad de 5 m/s

Fuente: Elaboración propia

Para esta velocidad, los potenciales varían de acuerdo a lo que muestra la figura 4.17, siendo el

aerogenerador SkyStream 2,4 el que mayor potencial de generación tiene.

Cabe destacar que en términos de dimensiones los tres aerogeneradores son bastante similares y en

términos de precios también, siendo incluso el aerogenerador Eshia, más caro que el Skystream 2,4 kW y

el Bornay de 1,5 kW.

Se selecciona entonces para continuar la evaluación el aerogenerador SkyStream de 2,4 kW de potencia

de generación nominal, debido a su mayor potencial de generación en relación a los otros equipos, y

también debido a su interesante precio en comparación con las cotizaciones de los otros dos

aerogeneradores.

99

Figura 4.24: Comparación consumo eléctrico mensual sistema iluminación exterior versus energía

generada por mes, Aerogenerador Skystream 2,4 Kw

Fuente: Elaboración propia

Podemos apreciar en la figura que para la velocidad del viento de 5 m/s en el lugar en evaluación, la

energía generada por el aerogenerador es de 400 kwh/mes, lo que significa un 3% más de energía

eléctrica en comparación con el consumo mensual energético del sistema de iluminación exterior del

casino de 389 kwh/mes.

Por lo tanto, podemos concluir que un aerogenerador con estas características y potencial de generación,

puede suplir en un 100% el consumo energético del sistema de iluminación exterior del Casino de

Suboficiales Badilla.

100

c) Cálculos Económicos e Indicadores de Rentabilidad. Supuestos:

• Precio de la energía eléctrica (kWh): Se utilizó para los análisis financieros el costo promedio del año

2010 kWh que tuvo el Casino de Suboficiales Badilla, de $126 / kWh.

• Tasas de aumento anual (%) precio energía eléctrica: Se evaluaron tres escenarios: De acuerdo a

último informe de la Comisión Nacional de Energía (CNE) actualizado a Noviembre 2011, desde el año

2000 a la fecha, el precio nudo del Sistema Interconectado Central ($/kWh) ha tenido un incremento de un

116% aumentando desde $21,13 a $45,67 el kWh (Ver Anexos). Esto podría significar una tasa de

incremento anual en el precio de un 11%. Tomando en consideración este contexto, se evalúan tres tasas

de crecimiento: un escenario optimista de 5% (equivalente al IPC), un escenario conservador de 10% de

incremento anual equivalente a dos IPC, y un escenario pesimista de un aumento anual de un 15%.

• Consumo anual ($ pesos) de energía eléctrica: Se utilizaron los datos proporcionados por la III Brigada

Aérea.

• El Manual para Estudios de Pre-Inversión en Eficiencia Energética (CORFO) indica que se debe utilizar

una tasa de 10% que implica cero riesgo para el proyecto. Sin embargo, se utilizó una tasa de descuento

para el cálculo del VAN de un 8% anual. Lo anterior debido a que por las características de la Institución

demandante del estudio, existe posibilidad de financiar totalmente la implementación del proyecto sin

necesidad de recurrir a financiamiento externo con el riesgo asociado que esto implica. Es decir, la

eventual implementación del proyecto tiene un riesgo bajo para la Institución y por esto se utilizó una tasa

de 8%.

• Mantenciones de los equipos: Las mantenciones de los equipos se ajustan a un IPC de un 4,4%. Se

consideraron como referencia las series históricas del Instituto Nacional de Estadísticas (INE) desde el año

2000, y se utilizó el valor más alto de estas de 4,4% anual (año 2000 y 2011), para otorgar un margen de

seguridad.

101

c.1. Flujo Neto de Proyecto Eólico Iluminación Exterior Tasa de Aumento precio energía eléctrica 5% Anual

Figura 4.25: Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior. Aumento precio de electricidad 5% anual.

Fuente: Elaboración propia.

4.80084.649

12610.665.774

100.0005,0%5,0%8,0%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOSAhorros 604.800 635.040 666.792 700.132 735.138 771.895 810.490 851.014 893.565 938.243

EGRESOSCosto Electricidad -10.665.774 -11.199.063 -11.759.016 -12.346.967 -12.964.315 -13.612.531 -14.293.157 -15.007.815 -15.758.206 -16.546.116

Mantención -100.000 105.000 -110.250 115.763 -121.551 127.628

Inversión-3.781.900

Monoposte 14 Mts -1.498.900Fundación -2.550.900Malla de Tierra -800.000Instal. y Puesta en Marcha -900.000Presentación SEC -280.000

Total Egresos -9.811.700 -10.665.774 -11.199.063 -11.759.016 -12.346.967 -12.964.315 -13.612.531 -14.293.157 -15.007.815 -15.758.206 -16.546.116

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

985.155 1.034.413 1.086.134 1.140.441 1.197.463 1.257.336 1.320.203 1.386.213 1.455.523 1.528.299

-17.373.422 -18.242.093 -19.154.198 -20.111.908 -21.117.503 -22.173.378 -23.282.047 -24.446.149 -25.668.457 -26.951.880-134.010 140.710 -147.746 155.133 -162.889 171.034 -179.586 188.565 -197.993 207.893

-17.373.422 -18.242.093 -19.154.198 -20.111.908 -21.117.503 -22.173.378 -23.282.047 -24.446.149 -25.668.457 -26.951.880

Turbina Eólica Skystream 2.4

Datos para evaluación económicaAhorro Anual kWhConsumo Electricidad Anual (kWh)Precio kWhCosto Anual Electricidad ( $ pesos)Mantención Anual ($ pesos)IPCTasa Aumento precio Electricidad anualTasa de Descuento (%)

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

-15.480.245FLUJO NETO CON PROYECTO -9.811.700 -10.060.974 -10.564.023 -11.092.224 -11.646.835 -12.329.177 -12.735.636 -13.592.917 -14.041.038 -14.986.191

Período

-16.522.276 -17.066.970 -18.215.809 -18.816.334 -20.082.930 -20.745.008 -22.141.430

Ahorros

INGRESOS

EGRESOSCosto Electricidad

MantenciónTotal Egresos

Diferencia con Proyecto -1.140.508

-22.871.372 -24.410.927 -25.215.687

VAN Costos Electricidad -153.139.088

VAN Proyecto Eólico -154.279.596

FLUJO NETO CON PROYECTO

102

c.2. Flujo Neto de Proyecto Eólico Iluminación Exterior Tasa de Aumento precio energía eléctrica 10% Anual

Figura 4.26: Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior. Aumento precio de electricidad 10% anual.

Fuente: Elaboración propia.

4.80084.649

12610.665.774

100.0005,0%

10,0%8,0%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOSAhorros 604.800 665.280 731.808 804.989 885.488 974.036 1.071.440 1.178.584 1.296.443 1.426.087

EGRESOSCosto Electricidad -10.665.774 -11.732.351 -12.905.587 -14.196.145 -15.615.760 -17.177.336 -18.895.069 -20.784.576 -22.863.034 -25.149.337

Mantención -100.000 105.000 -110.250 115.763 -121.551 127.628

Inversión-3.781.900

Monoposte 14 Mts -1.498.900Fundación -2.550.900Malla de Tierra -800.000Instal. y Puesta en Marcha -900.000Presentación SEC -280.000

Total Egresos -9.811.700 -10.665.774 -11.732.351 -12.905.587 -14.196.145 -15.615.760 -17.177.336 -18.895.069 -20.784.576 -22.863.034 -25.149.337

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

1.568.695 1.725.565 1.898.121 2.087.934 2.296.727 2.526.400 2.779.040 3.056.944 3.362.638 3.698.902

-27.664.271 -30.430.698 -33.473.768 -36.821.145 -40.503.259 -44.553.585 -49.008.943 -53.909.838 -59.300.822 -65.230.904-134.010 140.710 -147.746 155.133 -162.889 171.034 -179.586 188.565 -197.993 207.893

-27.664.271 -30.430.698 -33.473.768 -36.821.145 -40.503.259 -44.553.585 -49.008.943 -53.909.838 -59.300.822 -65.230.904

VAN Costos Electricidad -236.445.840

VAN Proyecto Eólico -232.862.460

Diferencia con Proyecto $ 3.583.380

-38.369.421 -41.856.151 -46.409.489 -50.664.329 -56.136.177 -61.324.109

Total Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -26.229.585 -28.564.423 -31.723.392 -34.578.078

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Electricidad

Mantención

-14.830.272 -16.098.299 -17.933.879 -19.490.230 -21.688.142 -23.595.622FLUJO NETO CON PROYECTO -9.811.700 -10.060.974 -11.067.071 -12.173.779 -13.391.156

IPCTasa Aumento precio Electricidad anualTasa de Descuento (%)

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Turbina Eól ica Skystream 2.4

Datos para evaluación económicaAhorro Anual kWhConsumo Electricidad Anual (kWh)Precio kWhCosto Anual Electricidad ( $ pesos)Mantención Anual ($ pesos)

103

c.3. Flujo Neto de Proyecto Eólico Iluminación Exterior Tasa de Aumento precio energía eléctrica 15% Anual

Figura 4.27: Flujo Neto Proyecto Eólico Iluminación Exterior. Aumento precio de electricidad 15% anual.

Fuente: Elaboración propia.

4.80084.649

12610.665.774

100.0005,0%

15,0%8,0%

Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10INGRESOSAhorros 604.800 695.520 799.848 919.825 1.057.799 1.216.469 1.398.939 1.608.780 1.850.097 2.127.612

EGRESOSCosto Electricidad -10.665.774 -12.265.640 -14.105.486 -16.221.309 -18.654.505 -21.452.681 -24.670.583 -28.371.171 -32.626.847 -37.520.873

Mantención -100.000 105.000 -110.250 115.763 -121.551 127.628

Inversión-3.781.900

Monoposte 14 Mts -1.498.900Fundación -2.550.900Malla de Tierra -800.000Instal . y Puesta en Marcha -900.000Presentación SEC -280.000

Total Egresos -9.811.700 -10.665.774 -12.265.640 -14.105.486 -16.221.309 -18.654.505 -21.452.681 -24.670.583 -28.371.171 -32.626.847 -37.520.873

Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20

2.446.753 2.813.766 3.235.831 3.721.206 4.279.387 4.921.295 5.659.489 6.508.412 7.484.674 8.607.375

-43.149.005 -49.621.355 -57.064.558 -65.624.242 -75.467.879 -86.788.060 -99.806.269 -114.777.210 -131.993.791 -151.792.860-134.010 140.710 -147.746 155.133 -162.889 171.034 -179.586 188.565 -197.993 207.893

-43.149.005 -49.621.355 -57.064.558 -65.624.242 -75.467.879 -86.788.060 -99.806.269 -114.777.210 -131.993.791 -151.792.860

VAN Costos Electricidad -382.659.213

VAN Proyecto Eólico -370.784.841

Diferencia con Proyecto $ 11.874.372

-71.351.381 -81.695.732 -94.326.366 -108.080.232 -124.707.110 -142.977.592

Total Egresos

FLUJO NETO CON PROYECTO -40.836.261 -46.666.879 -53.976.473 -61.747.903

Período

INGRESOS

Ahorros

EGRESOSCosto Electricidad

Mantención

-17.696.706 -20.131.212 -23.381.894 -26.646.628 -30.898.300 -35.265.634FLUJO NETO CON PROYECTO -9.811.700 -10.060.974 -11.570.120 -13.305.638 -15.301.484

IPCTasa Aumento precio Electricidad anualTasa de Descuento (%)

SITUACIÓN ACTUAL CON PROYECTO

Período

Turbina Eólica Skystream 2.4

Datos para evaluación económicaAhorro Anual kWhConsumo Electricidad Anual (kWh)Precio kWhCosto Anual Electricidad ( $ pesos)Mantención Anual ($ pesos)

104

d) Análisis de Sensibilidad y Escenarios d.1. Análisis de Sensibilidad para distintas tasas anuales (%) de aumento del precio de la energía eléctrica Comparación de los Valores Actuales Netos del Proyecto Eólico Aerogenerador SkyStream 2,4 KW para

distintas tasas (%) de incremento en los precios de electricidad

Figura 4.28: Comparación VAN proyecto Eólico para distintos aumentos anuales (%) en el precio de la

energía eléctrica.

Fuente: Elaboración propia

Podemos apreciar en la figura que para una tasa de aumento (%) del precio de la electricidad de un 5%

el proyecto nos arroja un VAN negativo, es decir, en este escenario no sería conveniente implementar el

proyecto bajo el punto de vista netamente financiero.

Sin embargo, para una tasa del 10% de aumento de los precios de la energía eléctrica, escenario que es

perfectamente posible de acuerdo a la evolución histórica que ha tenido el precio del nudo en Chile,

tenemos un VAN positivo de $3.583.380 pesos, lo que indica que el proyecto debiera implementarse bajo

este supuesto.

Finalmente observamos un VAN de $11.874.372 pesos para una tasa del 15%, lo que también indica que

el proyecto debiera llevarse a cabo en este escenario, y para esta tasa (%) el VAN supera la inversión del

proyecto en el año 0.

105

d.2. Comparación de los Ahorros Acumulados durante la duración del Proyecto Eólico con Aerogenerador Skystream 2,4 KW para distintas tasas anuales (%) de incremento en el precio de la energía eléctrica

Figura 4.29: Comparación de ahorros acumulados para Aerogenerador Skystream 2,4 para distintas

tasas anuales (%) de incremento en el precio de la energía eléctrica (kWh).

Fuente: Elaboración propia.

Se aprecia en la figura que para una tasa de incremento de los precios de un 15% los ahorros

acumulados superan los $50 millones de pesos, y la recuperación de la inversión se en el año 8 de

implementación del proyecto.

Para la tasa del 10% anual, que es el escenario más probable, los ahorros acumulados alcanzan los $24

millones de pesos y la recuperación de la inversión la tenemos en el año 10.

Finalmente para la tasa de un 5% de incremento en precios, los ahorros acumulados alcanzan los $10

millones de pesos y se recupera la inversión en el año 12 de vida del proyecto.

106

5. CONCLUSIONES El significativo aporte que pueden lograr las Energías Renovables no Convencionales evaluadas en el

presente trabajo al ser incorporadas en la Gestión Energética del Casino de Suboficiales Badilla de la III

Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de Puerto Montt, estimado entre un 42 y 50% de ahorro en el

consumo anual de petróleo destinado a calentar agua de consumo sanitario, y en el ahorro total del

consumo eléctrico que genera la iluminación exterior del Casino de Suboficiales, implican una importante

contribución financiera, puesto que los ahorros expuestos pueden ser destinados a otros ítems e incluso

ser reinvertidos en otros proyectos energéticos o de eficiencia energética, que generen sinergias entre sí.

Por otra parte, uno de los impactos positivos más relevantes de los proyectos evaluados en la presente

investigación, es que generan sustentabilidad tanto ambiental como social para la Institución y su

Brigada.

En términos financieros, los dos proyectos de ERNC seleccionados y evaluados en el presente trabajo

presentan indicadores de rentabilidad (VAN) tanto negativos como positivos los cuales dependerán del

escenario, siendo estos indicadores muy sensibles a las tasas de incremento (%) anual en los precios de

la energía. Sin embargo, dado que es muy probable que los escenarios de aumento de los precios

energéticos no sean aquellos optimistas o de tasas de aumento (%) anuales bajas, se concluye que los

proyectos energéticos serán financieramente viables durante la vida útil de éstos.

Así mismo, en ambos casos existen ahorros energéticos que, si bien es cierto son mayores para el

proyecto Solar Térmico para calentamiento de A.C.S. que para el proyecto Eólico a pequeña escala, el

segundo tiene componentes de evaluación más intangibles, como lo es la responsabilidad institucional y

social.

Las herramientas y metodologías de análisis y evaluación de Proyectos de ERNC desarrolladas en la

presente investigación, permitirán al evaluador tomar de manera más ordenada y fácil, la decisión de

inversión en proyectos de este tipo. Estas herramientas y metodologías son transversales en términos de

su funcionalidad, es decir, pueden ser aplicables tanto a pequeña escala o para pequeños requerimientos

energéticos como por ejemplo para un enfoque domiciliario, como también para instalaciones de mayor

tamaño como hoteles, gimnasios, industrias, etc.

Finalmente, se debe mencionar que al materializarse las iniciativas evaluadas en este estudio, se

podrían generar externalidades positivas en la sociedad y en el entorno de la III Brigada Aérea de la

Fuerza Aérea de Chile, asociadas a la buena imagen que crearía la Institución gracias a la

implementación de Proyectos Energéticos en energías limpias. Así mismo, la III Brigada Aérea podría

convertirse en un ejemplo a nivel nacional e internacional de responsabilidad institucional, social y

ambiental.

107

6. RECOMENDACIONES Recomendaciones Generales Concientización y racionalización en el uso de las fuentes de energía en el Casino

Se recomienda realizar una campaña de difusión general de eficiencia energética para los ocupantes de

las dependencias en estudio, en donde se mencionen buenas prácticas energéticas, impactos

económicos y medioambientales de la mala utilización de equipos y recursos energéticos, y otros tópicos

relevantes para la comprensión e internalización del concepto de eficiencia energética.

Recomendaciones Específicas a) Sistema de Iluminación en el Casino

Se recomienda adaptar la iluminación de acuerdo a las necesidades de cada sector en las dependencias,

ya sea con iluminación localizada, sectorizada o instalando sensores de movimiento en lugares como

baños o pasillos de uso esporádico. Esta recomendación en particular de instalar sensores de

movimiento, es posible de implementarla en los pasillos del área de Solteros, en los cuales existe un uso

esporádico e iluminación permanente hasta una hora determinada en la noche.

En segundo lugar se recomienda efectuar el recambio de las lámparas tradicionales que pueden ser de

40, 60, 75, 100, 150 y 300 watts por ampolletas eficientes (tipo A) de 8, 13, 15, 20, 32 y 40

respectivamente. Además se recomienda cambiar los tubos fluorescentes estándar por tubos

fluorescentes eficientes (tipo T5).

También es recomendable promover una limpieza periódica de todas las luminarias.

b) Sistema de Duchas en baños edificio Solteros

Dada la gran cantidad de duchas, el alto nivel de utilización de estas, y también el importante consumo

energético que implica el uso diario de las duchas en este recinto, se recomienda incorporar

temporizadores de duchas en los baños de las dependencias de los Solteros.

En caso de implementar los temporizadores, junto con el Sistema Solar Térmico con colectores para

Agua Caliente Sanitaria que iría destinada principalmente al consumo de agua en duchas, el impacto en

ahorro energético sería considerablemente mayor al que tendría sólo el proyecto con colectores solares.

Por lo tanto es muy recomendable implementar la opción de los temporizadores en duchas.

108

c) Gestión de Equipos Eléctricos en función de su eficiencia

Durante las visitas a las dependencias en estudio, quedó de manifiesto la existencia de equipos eléctricos

antiguos y de baja eficiencia energética, especialmente máquinas refrigeradoras y congeladoras. En este

sentido se recomienda, ante una nueva y eventual adquisición de equipos de esta índole lo siguiente:

• Reconocimiento de equipos eficientes mediante dos herramientas: etiquetas comparativas y

etiquetas de distinción o sello de eficiencia

• Incluir la eficiencia energética en el proceso de Abastecimiento del Casino de Suboficiales. En

este sentido se deben incluir los conceptos de eficacia y eficiencia. El primer término se relaciona

con que la compra a realizar permitan satisfacer una necesidad efectiva. El segundo señala que

la adquisición que se realice utilicen de mejor manera los recursos disponibles para satisfacer los

requerimientos.

Finalmente, es muy importante señalar, que cualquier implementación de un Proyecto de Energías

Renovables no Convencionales, que sea llevado a cabo junto a mejoras en la Gestión Energética del

emplazamiento en estudio, que tengan como objetivo aumentar la eficiencia energética, se traducirán en

un mayor impacto del Proyecto de ERNC en los consumos energéticos históricos, con el consecuente

incremento de los ahorros por sobre los que tendría el Proyecto implementado en forma aislada. Por lo

tanto, se recomienda realizar los dos desarrollos en paralelo.

109

7. BIBLIOGRAFÍA 1. CUERVO, L. 2005. "Introducción al derecho y la política de petróleos". Bogotá, Colombia. Editorial

Fundación Cultural Javeriana.

2. AZCÁRATE, B. 2008. Energía e impacto ambiental. Madrid. Editorial Equipo Sirius.

3. MIRÓ, R. y Sancho, J. 2006. Gestión de la Energía. España. Editorial Universidad Politécnica de

Valencia.

4. BERMUDEZ, J. 2000. Tecnología energética. España. Universidad Politécnica de Valencia.

5. LORING, J. 2004. La gestión financiera. España. Ediciones Deusto.

6. HENRY, J. 2000. Ingeniería Ambiental. Prentice Hall - Pearson.

7. CRAIG, R.J.. 2006. Recursos de la Tierra. Prentice Hall - Pearson.

8. SAPAG, N. y Sapag, R. 2007. Preparación y Evaluación de Proyectos. Mc Graw Hill.

9. COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA. 2006. Guía para evaluación ambiental energías renovables no

convencionales, Proyectos Eólicos. B y B impresores.

10. SAIDUR, R. y Islam M.R. 2010. A review on global wind energy policy. Renewable and Sustainable

Energy Reviews. Malaysia.

11. U.S. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. 2010. International Energy Outlook.

12. MACZULACK, A. 2010. Infobase Publishing, USA

13. FOURNIER, L. 2003. Recursos Naturales. Editorial Euned, Costa Rica.

14. CENTRO DE INVESTIGACIONES ENERGÉTICOS MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLÓGICAS

(CIEMAT), Julio 2008. Prospectiva y vigilancia tecnológica.

15. ROSEN, M. 2010. Applied Thermal Engineering. Canada.

16. BECKMAN, W. 2006. Solar Engineering of Thermal Processes. Editorial John Wiley & Sons. USA.

110

17. MORENO, C. 2008. Diez preguntas y respuestas sobre la energía eólica. Cuba.

18. SOLAR HEAT WORLDWIDE, 2004.

19. FUNDACIÓN DE LA ENERGÍA DE LA COMUNIDAD DE MADRID (FENERCOM), 2004. Manual

Técnico de Energía Solar para Procesos Industriales. España

20. ENERGIE SOLAIRE HISPANO, 2002. Artículo de Curvas de Eficiencia para Colectores Solares.

Suiza.

21. LUMELCO. 2009. Manual Técnico para Colectores Solares.

22. MENESES, E. 2005. Preparación y Evaluación de Proyectos. Tercera Edición. Quality Print. Quito.

23. BACA URBINA, G. 2000. Evaluación de Proyectos. Editorial Mc Graw Hill. México.

24. ANDERSON SWEENEY, W. 2004. Métodos Cuantitativos para los Negocios. Novena Edición.

Editorial Thomson Learning. México.

25. WORLD RADIATION DATA CENTER (WRDC). Informes anuales de Raciones Solares.

26. DUFFIE A., J. 2006. Solar Engineering of Thermal Processes. Tercera Edición. Editorial John Wiley &

Sons, Inc. USA.

27. HERNÀNDEZ, A. 2005. Formulación y Evaluación de Proyectos de Inversión. Quinta Edición. Editorial

Thomson. México.

28. BIERMAN, H. 2006. El Presupuesto de Bienes de Capital (La Toma de Decisiones). Novena Edición.

Editorial Routledge. Inglaterra.

29. ROCHE, H. 2005. Métodos Cuantitativos Aplicados a la Administración. Universidad de la República.

Uruguay.

111

8. LINKOGRAFÍA

• U.S. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. <http://www.eia.doe.gov>. [consulta: 10

noviembre 2010]

• COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA (CNE) < http://www.cne.cl>. [consulta: 08 septiembre 2010].

• DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MÉXICO. Historia de la

Ingeniería Industrial. [en línea] México D.F, Carrera Ingeniería Industrial

<http://www.ingenieria.unam.mx/industriales/carrera_historia_kaplan.html> [Consulta: 11 agosto de

2010]

• INVEST CHILE CORFO. Renewable Energy

<http://www.investchile.cl/opportunities/renewable_energy/renewable_energy> [Consulta: 03 marzo de

2011]

• ROMÁN "et al", 2011. El costo nivelado de energía y el futuro de la energía renovable no convencional

en Chile. < http://docs.nrdc.org/international/files/int_11051901a.pdf > [Consulta: 04 marzo de 2011]

• PROGRAMA DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES EN ENERGÍA DEL INSTITUTO DE ASUNTOS

PÚBLICOS DE LA UNIVERSIDAD DE CHILE. Aporte potencial de Energías Renovables No

Convencionales y Eficiencia Energética a la Matriz Eléctrica, 2008-2025. <

http://www.eula.cl/doc/chile_new_renewables.pdf >

112

9. ANEXOS.

Anexo A: Aerogeneradores y sus variantes

El aerogenerador es un instrumento conformado por un generador eléctrico movido por una

turbina (palas) accionada por el viento. Provienen de los molinos de viento que se empleaban para la

molienda y obtención de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en

movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión

mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la

energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

Tipos de Aerogeneradores.

Dependiendo de la posición del eje de giro de los aerogeneradores respecto a la dirección del

viento, los aerogeneradores se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Aerogeneradores de eje horizontal o HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine)

En estos modelos el eje de rotación es paralelo a la dirección del viento, de forma similar a la de

los clásicos molinos de viento. Este tipo de aerogeneradores, a su vez, se pueden clasificar, según su

velocidad de giro:

a) Aerogeneradores lentos: En general, están constituidos por un número alto de palas (multipalas) que

cubren casi toda la superficie del rotor. Poseen un elevado par de arranque, gracias al cual pueden

ponerse en marcha incluso con velocidades de viento muy bajas. Su baja velocidad de rotación hace que

sean poco útiles para la producción de electricidad, siendo su uso más frecuente para el bombeo de

agua.

b) Aerogeneradores rápidos: Presentan un par de arranque pequeño y requieren velocidades de viento

del orden de 4 a 5 m/s para su puesta en marcha. La mayoría poseen tres palas y se utilizan para la

producción de electricidad, a través de su acoplamiento con un alternador. Su gama de potencias es muy

amplia, va desde modelos de 1 kW, usados en instalaciones autónomas, a modelos de gran potencia.

c) Aerogeneradores de velocidad intermedia: Tienen entre 3 y 6 palas y sus prestaciones están

comprendidas entre las correspondientes a los dos casos anteriores. Se utilizan cuando las condiciones

de viento no son muy favorables y en general son de pequeña potencia. Su aplicación principal es en

equipos autónomos para producción de electricidad.

113

Aerogeneradores de eje vertical (Vertical Axis Wind Turbine).

En éstos el eje de rotación es perpendicular a la dirección del viento y existen dos diseños básicos.

Aerogeneradores de eje vertical o VAWT (Vertical Axis Wind Turbine).

En estos el eje de rotación es perpendicular a la dirección del viento y existen dos diseños:

a) Tipo Savonius: En 1924, el ingeniero Savonius diseñó un rotor cuya principal ventaja consiste en

trabajar con velocidades de viento muy bajas. Se compone de dos semicilindros de igual diámetro

situados paralelamente al eje vertical de giro, en el diseño original estaban separados una pequeña

distancia el uno del otro. La fuerza que el viento ejerce en las caras de los cilindros (cara cóncava y cara

convexa) es distinta, por lo que las hace girar alrededor del eje. Este sistema presenta buenas

características aerodinámicas para el autoarranque y la autorregulación.

b) Tipo Darrieus: Este tipo de aerogeneradores fue patentado por el académico francés G.J.M. Darrieus.

Están formados por dos o tres palas de forma ovalada de perfil aerodinámico y tienen características

parecidas a las de eje horizontal, presentando un par de arranque muy pequeño. Los laboratorios Sandia

construyó en 1974 un primer prototipo de 5 m de diámetro Su potencia es pequeña y aunque su

aplicación es similar a los aerogeneradores rápidos de eje horizontal, no son implementados con mucha

frecuencia.

114

Anexo B: Elementos de un Aerogenerador Aspas

Las aspas deben cumplir una serie de objetivos, los más importantes son: maximizar la energía obtenida

mediante un diseño aerodinámico apropiado, resistir cargas extremas y minimizar peso y costo.

Por otro lado encontramos el buje que es la pieza que conecta las aspas al eje principal, que a su vez

está conectado a la caja multiplicadora o directamente al generador. Se transmiten a través de él todas

las cargas aerodinámicas y el peso de las aspas.

Sistemas de Control Los aerogeneradores comprenden diferentes sistemas de control encargados de manejar los diferentes

sistemas mecánicos y eléctricos que hacen posible la generación de energía eléctrica cumpliendo con los

parámetros exigidos tales como voltaje, frecuencia, potencia, etc. Todo lo anterior dentro de los

márgenes de seguridad de operación del aerogenerador y, seguridad y calidad de suministro de la red

eléctrica. Operan algunos criterios de seguridad y de maximización de potencia generable. Los sistemas

de control se traducen físicamente en computadoras dentro de las cuales se anidan los programas

capaces de actuar sobre los distintos mecanismos después de haber analizado, en tiempo real, las

variables pertinentes a la operación del aerogenerador.

Por ejemplo, un sistema de control monitorea la velocidad y dirección del viento y dirección de la góndola

para que quede acorde a la dirección del viento. Otros operan sobre el ángulo de paso de las aspas del

aerogenerador para manejar la velocidad del rotor y la potencia generada.

Así mismo existe un mecanismo de freno que puede parar el aerogenerador al detectar la necesidad de

mantención de alguna componente del aerogenerador o detener el aerogenerador en caso que el viento

supere los niveles de seguridad.

Los sistemas de control operan en forma automática dando la posibilidad de un control manual en caso

de emergencia o de necesidad de ajuste y mantención.

Góndola Con excepción de las aspas, el buje y la torre, los demás componentes del aerogenerador son situados

sobre la torre en un compartimento cerrado llamado góndola.

115

Torre Es la estructura de soporte del aerogenerador. Sostiene al rotor y a la góndola. Hay de diferentes

materiales, formas y alturas, que dependerán de las condiciones del lugar y del propósito y magnitud del

proyecto.

Figura 9.1: Aerogenerador típico.

Fuente: Comisión Nacional de Energía (CNE)

116

Anexo C: Sistemas solares y funcionamiento.

Tubos al vacío

Consiste en dos tubos de cristal unidos y fusionados en un extremo. El tubo interior tiene un

cobertor que absorbe la energía solar, pero no inhibe la pérdida del calor en radiación. El aire es retirado

del espacio entre los dos tubos para formar un vacío, el cual elimina la pérdida de calor por conducción y

convección. Estos tubos trabajan muy bien en casi todas las condiciones de temperatura, debido a que el

tubo es 100% cristal.

Figura 9.2: Tubo Heat-Pipe Figura 9.3. Vista transversal Tubo H.P.

Fuente: FENERCOM, 2010 Fuente: FENERCOM, 2010

Descripción detallada funcionamiento de tubos al vacío tipo Heat Pipe.

Este sistema consiste en un tubo al vacío descrito en el ítem anterior, al cual se le incorpora una pipeta

de cobre, la que está en contacto con dos films de aluminio que ayudan a transferir todo el calor hacia la

pipeta. Dentro de la pipa de cobre existe una mezcla de glicol con agua, cuya función es transferir la

energía captada hacia el extremo superior de la pipeta, llamado condensador. El condensador es el

intercambiador de calor donde llega el glicol evaporado transfiriendo la energía al circuito secundario o de

consumo.

Sistema Solar Térmico para calentamiento de A.C.S.

Funcionamiento

El agua ya calentada con el calor solar es transportada, mediante una pequeña bomba, desde los

colectores al acumulador. Debido a la separación del sistema captación-acumulación, las pérdidas de

calor disminuyen, es decir, la eficiencia del sistema aumenta, y la vida útil del termo se prolonga.

Simultáneamente se puede lograr una excelente integración arquitectónica entre los colectores y el

exterior de la construcción.

117

Los captadores son modulares y fácilmente escalables, por lo que el sistema puede ser ampliado

posteriormente en caso de aumentar los requerimientos energéticos.

Ventajas

• Sistema energéticamente eficiente

• La pérdida de energía es menor que en otros sistemas, puesto el acumulador se encuentra en el

interior

• Los colectores poseen una alta eficiencia

• El sistema permite una óptima integración arquitectónica

• Fácil montaje en techos debido al reducido peso de los colectores

• Sistema es modular y ampliable

Consideraciones relevantes de algunos elementos del Sistema Solar Térmico:

1) Acumulador monoserpertín

Los acumuladores que son utilizados para este sistema solar pueden ser alguno de los siguientes:

a) Acumuladores de acero vitrificado

b) Acumuladores de acero con tratamiento epoxídico.

Acumuladores de acero inoxidable, adecuados al tipo de agua y temperatura de trabajo.

Acumuladores de cobre

2) Bomba de circulación

En estos circuitos de agua caliente para usos sanitarios, los materiales de la bomba deben ser

resistentes

a la corrosión. También deben ser resistentes a la presión máxima del circuito.

118

3) Vaso de expansión

Éste es un elemento que debe utilizarse en este tipo de sistemas o circuitos que permite absorber el

aumento de volumen del fluido que se produce al expandirse producto del calentamiento. Este vaso se

debe seleccionar para la máxima presión y temperatura del sistema.

4) Intercambiador de calor

El intercambiador de calor debe resistir la presión máxima de trabajo, así como también deben resistir a

la temperatura máxima de trabajo del circuito primario y debe ser compatible con el fluido de trabajo.

5) Sistema de monitoreo

El sistema de monitoreo recoge datos con la siguiente frecuencia: • Toma de medidas o estado de funcionamiento cada minuto

• Cálculo de medias y valores cada 10 minutos

• Tiempo de almacenamiento de datos colectados: Anual

Las variables que el sistema debe medir son: • Temperatura de agua fría

• Temperatura de suministro del agua caliente solar

• Temperatura de suministro de agua caliente a consumo

• Caudal de agua de consumo

119

Anexo D: Esquema Hidráulico de un Sistema Solar Térmico con Colectores

Figura 9.4: Esquema Hidráulico Sistema Solar Térmico

Fuente: FENERCOM, 2010

120

Anexo E: Datos de radiación solar para Puerto Montt utilizados en la investigación

Tabla 9.1: Radiaciones solares ciudad de Puerto Montt

Promedios diarios por Mes de Radiación Solar (J/cm2/día) AÑO Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 2000 545 375 2001 1807 1198 960 445 346 2002 1985 1853 1114 766 374 407 2003 1600 1686 1452 996 508 367 2004 2027 1923 1284 697 607 285 2005 1947 2049 1037 839 384 348 2006 2124 1798 1134 778 509 326

2008 2021 1491 750 530 370 2009

PROMEDIOS 1915 1888 1244 827 488 353

Promedio diario Kwh /m2/día 5,32 5,25 3,46 2,30 1,35 0,98

Promedios diarios por Mes de Radiación Solar (J/cm2/día) AÑO Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 2000 452 710 965 1504 1718 1881 2001 421 654 1157 1413 2164 2002 375 550 691 1205 1507 2040 2003 451 705 848 1313 1466 1628 2004 448 709 1062 1050 1742 1702 2005 405 617 1040 1244 1578 2166 2006 419 665 906 1376 1919 1490

2008 510 2009 500 460 1053 1148 1317 1665

PROMEDIOS 434 620 965 1282 1607 1842 Promedio diario Kwh

/m2/día 1,21 1,72 2,68 3,56 4,46 5,12

Fuente: World Radiation Center (WRDC)

121

Anexo F: Elaboración de promedios de radiaciones medias diarias para Puerto Montt en Kwh/m2*dia

Con los datos de la tabla anterior se construyó la siguiente tabla para el ingreso de datos al software

SOLO 2000:

Tabla 9.2: Radiaciones medias diarias para Puerto Montt en Kwh/m2*dia

Mes Radiación media diaria (Kw/h/m2/día)

Enero 5,32 Febrero 5,25 Marzo 3,46 Abril 2,30 Mayo 1,35 Junio 0,98 Julio 1,21

Agosto 1,72 Septiembre 2,68

Octubre 3,56 Noviembre 4,46 Diciembre 5,12

Fuente: World Radiation Data Center (WRDC.

122

Anexo G: Coeficientes K de corrección de radiación solar en plano inclinado

Tabla 9.3: Corrección de radiaciones solares en plano inclinado.

Fuente: Solar Engineering of Thermal Processes (DUFFIN, 2006)

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15 1,01 1,03 1,05 1,09 1,12 1,14 1,13 1,1 1,06 1,03 1,01 1

10 1,01 1,05 1,1 1,17 1,23 1,27 1,25 1,19 1,11 1,06 1,02 115 1,01 1,06 1,14 1,24 1,34 1,4 1,37 1,27 1,16 1,08 1,02 120 1 1,07 1,17 1,31 1,44 1,52 1,48 1,35 1,21 1,09 1,02 0,9925 0,99 1,07 1,2 1,37 1,54 1,63 1,58 1,42 1,24 1,1 1,01 0,9730 0,97 1,07 1,22 1,42 1,63 1,74 1,68 1,49 1,27 1,1 0,99 0,9535 0,95 1,06 1,23 1,46 1,71 1,84 1,77 1,54 1,29 1,1 0,97 0,9240 0,92 1,04 1,24 1,5 1,78 1,92 1,84 1,59 1,31 1,08 0,94 0,8945 0,89 1,02 1,23 1,53 1,84 2 1,91 1,63 1,31 1,07 0,91 0,8550 0,85 0,99 1,23 1,55 1,89 2,07 1,97 1,66 1,31 1,04 0,87 0,8155 0,81 0,96 1,21 1,56 1,93 2,13 2,02 1,68 1,3 1,01 0,83 0,7660 0,76 0,92 1,19 1,56 1,96 2,17 2,06 1,69 1,28 0,98 0,78 0,7165 0,71 0,87 1,15 1,55 1,97 2,21 2,08 1,69 1,26 0,93 0,73 0,6670 0,65 0,82 1,12 1,53 1,98 2,23 2,09 1,68 1,22 0,88 0,68 0,675 0,59 0,76 1,07 1,5 1,97 2,23 2,09 1,65 1,18 0,83 0,62 0,5480 0,53 0,7 1,02 1,46 1,95 2,23 2,08 1,62 1,13 0,77 0,56 0,4885 0,47 0,64 0,95 1,41 1,92 2,2 2,05 1,58 1,07 0,7 0,49 0,4290 0,4 0,57 0,89 1,35 1,87 2,16 2 1,52 1,01 0,63 0,43 0,36

Mes

Incl

inac

ión

Lat = 40ºS

123

Anexo H: Curvas de potencial de generación de los Aerogeneradores evaluados.

Aerogenerador 1,4 Kw Eshia.

Figura 9.5: Potencial de generación Aerogenerador 1,4 Kw

Fuente: Catálogo Eshia

Aerogenerador 1,5 Kw Bornay

Figura 9.6: Potencial de generación Aerogenerador 1,5 Bornay Fuente: Catálogo Bornay

Aerogenerador 2,4 Kw SkyStream

Figura 9.7: Potencial de generación Aerogenerador 2,4 Skystream

Fuente: Catálogo Southwest Windpower.

124

ANEXO I: Evolución histórica precios petróleo WTI (US$/barril) y energía eléctrica en precios de nudo Sistema Interconectado Central (SIC) a) Evolución precios Petróleo WTI (US$/barril) Años 2001-2012

Año Mes PETRÓLEO WTI (US$/bb.) Variación (%)

2001 Promedio 25,9

2002 Promedio 26,1 1%

2003 Promedio 31,1 19%

2004 Promedio 41,4 33%

2005 Promedio 56,5 36%

2006 Promedio 66,0 17%

2007 Promedio 72,3 10%

2008 Promedio 99,6 38%

2009 Promedio 61,7 -38%

2010 Promedio 79,4 29%

2011 Promedio 95,1 20%

2012 Promedio 101,0 6%

Promedio Tasa % Anual 2001-2012 15% Figura 9.8: Evolución precios del petróleo WTI (US$/barril) años 2001-2012.

125

b) Datos históricos (Años 2000-2011) de precios de nudo, energía eléctrica, Sistema Interconectado Central (SIC)

Figura 9.9: Evolución de los precios de nudo, energía eléctrica, SIC (Años 2000-2011)

Fecha Fijación ($/KWh) VariaciónOCTUBRE 2000 21,13 -ABRIL 2001 21,78 3,1%INDEX. A SEP-01 23,67 8,7%OCTUBRE 2001 23,61 -0,3%INDEX. A DIC-01 23,36 -1,1%ABRIL 2002 21,29 -8,9%INDEX. A OCT-02 20,95 -1,6%OCTUBRE 2002 21,59 3,1%INDEX A FEB-03 21,29 -1,4%ABRIL 2003 22,13 4,0%OCTUBRE 2003 21,84 -1,3%INDEX. A ENE-04 21,88 0,2%ABRIL 2004 24,88 13,7%INDEX. A SEPT-04 26,16 5,1%OCTUBRE 2004 24,60 -5,9%ABRIL 2005 25,00 1,6%MOD JUNIO 2005 32,17 28,7%OCTUBRE 2005 33,82 5,1%INDEX. A DIC-05 29,96 -11,4%ABRIL 2006 32,07 7,0%INDEX. A JUN-06 31,76 -1,0%INDEX. A AGO-06 31,50 -0,8%INDEX. A SEPT-06 31,34 -0,5%INDEX. A OCT-06 31,23 -0,3%OCTUBRE 2006 34,53 10,6%ABRIL 2007 38,04 10,1%INDEX A JUL-07 42,06 10,6%INDEX A SEP-07 46,98 11,7%OCTUBRE 2007 52,94 12,7%INDEX A FEB-2008 51,41 -2,9%ABRIL 2008 50,46 -1,8%JUNIO 2008 49,86 -1,2%INDEX A AGO-2008 53,34 7,0%INDEX A SEP-2008 52,70 -1,2%INDEX A OCT-2008 52,20 -0,9%OCTUBRE 2008 57,48 10,1%INDEX A DIC-2008 56,35 -2,0%INDEX A ENE-2009 56,24 -0,2%INDEX A ENE-2009 56,24 0,0%INDEX A MAR-2009 57,25 1,8%INDEX A ABR-2009 57,56 0,5%ABRIL 2009 51,79 -10,0%INDEX A MAY-2009 51,70 -0,2%INDEX A JUN-2009 51,71 0,0%INDEX A JUL-2009 51,85 0,3%INDEX A AGO-2009 51,79 -0,1%INDEX A OCT-2009 45,20 -12,7%OCTUBRE 2009 44,28 -2,0%INDEX A NOV-2009 44,02 -0,6%INDEX A MAR-2010 39,33 -10,6%ABRIL 2010 43,17 9,8%INDEX A MAY-2010 43,10 -0,2%INDEX A AGO-2010 48,38 12,2%INDEX A NOV-2010 52,99 9,5%OCTUBRE 2010 48,95 -7,6%NOVIEMBRE 2010 48,82 -0,3%ABRIL 2011 46,79 -4,2%INDEX A MAY-2011 46,50 -0,6%INDEX A NOV-2011 45,67 -1,8%

DATOS HISTORICOS DE PRECIOS DE NUDO SISTEMA INTERCONECTADO CENTRAL