Eficiencia de calefones-Importancia de los consumos pasivos

RESUMEN

En este trabajo se discute un esquema de determinación de la eficiencia de calentadores instantáneos de agua, calefones, teniendo en cuenta el impacto de los consumos pasivos. También se discuten las implicancias en el consumo de gas con distintos tipos de calefones, con y sin piloto. Se discute un protocolo de determinación de la eficiencia que incluya los consumos pasivos, que creemos es un sistema adecuado para definir un etiquetado de eficiencia en este tipo de artefactos.

Palabras clave: Uso eficiente de la energía, consumo pasivos, calentamiento de agua sanitaria, ahorro energético y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

INTRODUCCIÓN

El uso racional y eficiente de la energía (UREE) es claramente un componte insoslayable en la búsqueda de soluciones a los desafíos energéticos del presente y futuro. De hecho el URE forma parte de las políticas energéticas de muchos países desarrollados, pero se encuentra en estado incipiente en países como el nuestro. El UREE debe propender a lograr una mejor gestión de la energía y los recursos disponibles, a la par de reducir la inequidades, evitar el deterioro del medio ambiente y mejorar la competitividad de las empresas.

En la Argentina, el gas natural constituye la componente principal de la matriz energética, aportando algo más del 50% de la energía primaria del país. De todo el gas consumido, alrededor del 30% se distribuye a través de redes a los usuarios Residenciales (R), Comerciales (C) y Entes Oficiales (EO). Las consideraciones de eficiencia en este sector han recibido escasa atención en el pasado. En ese sentido, el etiquetado energético de los artefactos a gas, es una medida muy importante para posibilitar que los usuarios elijan los sistemas más adecuados y eficientes para satisfacer sus necesidades. En particular es importante incluir los consumos pasivos de los artefactos a gas en las evaluaciones de su eficiencia. Como veremos más adelante, los consumos de los pilotos son significativos y estos están presente no solo en los artefactos de calentamiento de agua sino también en los sistemas de calefacción. Por lo tanto hay en general más de un piloto por usuario.

En este trabajo se discute un procedimiento de estimación del rendimiento de calefones que tiene en cuenta el impacto de los consumos pasivos, producidos por los pilotos. Los consumos pasivos, son aquellos consumos de energía que se producen en los equipos cuando estos no están operativos, y sirven para que se enciendan más rápidamente o en forma automática. Los pilotos de los calefones son un ejemplo de consumo pasivo. También, muchos artefactos electrónicos no se apagan por completo, sino que se quedan en modo espera hasta volver a ser encendidos. Por ejemplo, televisores, monitores, como una gran cantidad de luces LED que muchos equipos tienen para indicar su estado de funcionamiento.

En el caso de calefones a gas, varios estudios indican que los consumos de los pilotos equivalen a una fracción considerable de su consumo total, rondando del 25 al 30% del total (Cozza, y otros, 2010), (Gil, 2009). Varias estimaciones indican que los ahorros que pueden lograrse con equipos que eliminen estos consumos pasivos, son muy significativos y comparables con la mitad de los volúmenes de gas que actualmente la República Argentina importa de Bolivia (Gil, 2009) Asimismo, la disminución de las emisiones de gases de efecto de invernadero (GEI) sería muy significativa.

Existe evidencia internacional, que el sistema de etiquetado de artefactos es una herramienta poderosa para concientizar a los usuarios sobre el tipo de dispositivo que adquieren. Los usuarios mejor informados demandan equipos más eficientes y en respuesta la industria introduce la eficiencia como elemento de marketing y competencia, generándose así un círculo virtuoso de mayor eficiencia en el uso de la energía.

CONSUMO DE GAS EN EDIFICIOS Y VIVIENDAS

Del análisis del consumo de gas natural en la Argentina, (Gil, 2007) surgen algunas características notables. Una de ellas es que el consumo específico de los usuarios residenciales, es decir, el consumo diario por usuario, tiene un comportamiento muy similar y regular en casi todo el país. En este trabajo el término usuario se refiere a la vivienda conectada a la red.

Según el INDEC (INDEC), el número de personas por vivienda, de condición media es de personas o habitantes. Este es el sector social que usualmente dispone de conexión a redes de gas natural. En la Figura 1 se muestra la variación de este consumo como función de la temperatura para la mayoría de las ciudades del país. Esta figura es representativa de prácticamente todas las regiones estudiadas, excepto la zona sur. Se observa que los consumos específicos residenciales (R) tienen dependencia muy regular con la temperatura. Este comportamiento se ha mantenido prácticamente invariante a lo largo de los últimos 17 años e independiente del contexto económico.

A altas temperaturas medias, mayores a unos aproximadamente, el consumo de gas es casi constante, con una leve pendiente, este consumo está asociado al calentamiento de agua y cocción. A esta componente del consumo residencial, lo denominaremos consumo base. Para separar este consumo, ajustamos una recta a los consumos con temperaturas superiores a 20°C y la extrapolamos al resto de las temperaturas, en la Figura 1, esta recta se representa por líneas de trazos. A medida que baja la temperatura, los usuarios comienzan a encender la calefacción. Una vez que toda la calefacción disponible está encendida, el consumo de nuevo se estabiliza a un valor de saturación. La diferencia entre los consumos reales y la línea de trazos, nos permiten separar el consumo base de los asociados a calefacción. En hecho de que los consumos específicos durante el período 1993 a 2012, caigan en la misma curva o sistemática, sugiere que durante este período, el comportamiento de los usuarios residenciales fue poco elástico y constante en el tiempo. Esto significa que los patrones de consumo residenciales sólo dependen de la temperatura y no del tiempo. Sin embargo, como el número de usuarios residenciales aumentó, a una tasa de aproximadamente 3,3% anual, el aumento de consumo en este sector, se debió fundamentalmente al incremento de su número y no a un cambio de sus hábitos de consumo.

Como se indicó más arriba, el consumo base de gas natural viene dado por la recta de trazos de la Figura 1. Este consumo tiene un ligero incremento en invierno debido a que en estos meses, al partir de una temperatura de agua menor, se requiere más energía para calentar un dado volumen. Este efecto se refleja en la leve pendiente de la línea de trazos de la Figura 1. Por su parte, la componente del consumo residencial asociada a la calefacción, tienen un gran incremento a medida que las temperaturas descienden de unos a 18ºC.

Un modo de estimar la variación del consumo base con la temperatura, consiste en realizar una extrapolación lineal de los consumos a las temperaturas más altas, T > 20ºC. Esta extrapolación se indica en la Figura 1 por la línea de trazos y se puede expresar por la expresión:

ENSAYO Y PROTOCOLO DE CONSUMO

Con el objeto de diseñar un ensayo que incluya la incidencia de los consumos pasivos en la determinación de la eficiencia de los artefactos de calentamiento de agua, es necesario definir un protocolo de ensayo que simule los consumos de agua caliente representativos de un usuario típico. Con el objetivo de diseñar un esquema de consumo estándar, que sea útil para definir una eficiencia global de los calefones y que simule los requerimientos de agua caliente de un usuario típico, se propone un protocolo de consumo indicado en la Figura 2

CONSUMOS PASIVOS

Para determinar el consumo de los pilotos, se conecta el calefón con el piloto encendido a un caudalímetro de gas y se registra su consumo en función del tiempo. Los resultados para un calefón típico se ilustran en la Fig. 3.

Los consumos obtenidos son consistentes con un valor de 0,5 m 3 /día de gas natural por piloto o bien de unos 200 W. Asimismo, se conectaron dos calefones nuevos y similares del mercado, ambos de fabricación nacional, uno con piloto y otro con encendido electrónico (sin piloto) de la misma marca y de 14 litros cada uno. Ambos fueron sometidos a un ensayo siguiendo el protocolo indicado en la Figura 2, pero desfasadas las demandas 15 min. Este proceder pone en pie de igualdad las demás características de ensayo para ambos equipos. En estas condiciones, se midió el consumo global de ambos equipos. Los resultados arrojaron que el ahorro en consumo de gas del calefón sin piloto respecto del convencional fue de 34%. Si se toma el consumo base medio de la Figura 1, de aproximadamente 2 m 3 /día/usuario, este se puede descomponer como se indica en la Figura 4.

Como vemos el consumo de los pilotos, consumo pasivo, es significativo y constituye el 25% del consumo base promedio. Por lo tanto es de mucha importancia incluir estos consumos en el esquema de determinación de eficiencia de los calefones.

EFICIENCIA DE CALEFONES

En la Figura 5 se ilustra un esquema típico de determinación de la eficiencia intrínseca o de quemador de un calefón.

La clase de eficiencia energética de los calefones se indica en la tabla 1.

Para determinar el consumo del piloto, se conecta el calefón en estudio sólo con el piloto encendido a un caudalímetro de gas y se registra el consumo en función del tiempo, de modo similar a como se ilustra en la Fig.3.

Una información de mucha utilidad en los distintos sistemas de etiquetado del mundo, es el valor del consumo energético anual de un dado equipo, bajo condiciones de uso estandarizadas. En el caso de calefones, el requerimiento de agua caliente,

CONCLUSIONES

Las estimaciones y mediciones realizadas, indican que los consumos pasivos de gas, en particular de los pilotos, representan 0,5 m³ /dia por artefacto. Los pilotos en la Argentina consumen al menos 3,5 Mm³ /dia ; estos volúmenes de gas son muy significativos y son una fracción significativa del gas importado. Por lo tanto, es de mucha importancia que las eficiencias que se miden y se usan para el etiquetado de artefactos, incluyan todos los consumos, en particular los consumos pasivos, de modo que el etiquetado estimule una mejora en el desarrollo de equipos cada vez más eficientes. En el caso especial de calefones, el reemplazo de equipos convencionales con piloto, por otros con encendido electrónico de bajo consumo implica un ahorro considerable de energía. En este sentido adopción del esquema de etiquetado de eficiencia de artefactos a gas puede ser una herramienta útil, siempre y cuando la definición utilizada para medir la eficiencia sea la adecuada. Con la Adenda N° 1 NAG-312 Año 2012 (ENARGAS, 2012), desde el año 2013, incluye el presente esquema de categorización en eficiencia energética.

REFERENCIAS

COZZA P L [Y OTROS] IMPACTO DE LOS CONSUMOS PASIVOS EN ARTEFACTOS A GAS EN EL CONSUMO DE ENERGÍA [CONFERENCIA] // CONGRESO MUNDIAL DE LA ENERGÍA. – BUENOS AIRES : [S.N.], 2010.
ENARGAS Normas Tecnicas [Informe]. – 2012. – www.enargas.gov.ar.
Gil S Generalized model of prediction of natural gas consumption [Publicación periódica] // Journal of energy resources technology. – Junio de 2004.
Gil S Modelo de predicción del consumo de gas natural en la república argentina [Publicación periódica] // Petrotécnia. – Junio de 1999. – 03, sup. tec. 1 : Vol. XL.
Gil S Modelo generalizado de predicción de consumos de gas natural a mediano y corto plazo [Publicación periódica] // Gas & Gas. – 2002. – 48 : Vol. IV. – págs. 24-30.
Gil S Posibilidades de ahorro de gas en Argentina [Publicación periódica] // Petrotécnia. – Abril de 2009. – 02 : Vol. L.
Gil S Proyección de la demanda de gas para el mediano y el largo plazo [Publicación periódica] // Petrotécnia. – Octubre de 2007. – 5 : Vol. XLVIII. – págs. 86-100.
Gil S, Pomerantz L y Ruggero R Caracterización de los inviernos según su impacto en el consumo de gas natural [Publicación periódica] // Petrotécnia. – Septiembre de 2005. – 04 : Vol. XLVI. – págs. 98-110.
INDEC Instituto Nacional de Estadísticas y Censos [En línea] // Vivienda, hogares y hábitat. – http://www.indec.gov.ar.
IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change [Informe]. – 2007.
R Halliday D Resnick, M Krane Física para estudiantes de ciencias e ingeniería [Libro]. – México DF : [s.n.], 1992. – Vol. I. – 0613832108, 9780613832106.

Por: E.J. Bezzo, A. Bermejo, P. L. Cozza, J. A. Fiora, M. A. Maubro y R. Prietoy S. Gil
Fuente: www.eluree.org

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