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COGENERACIÓN

La cogeneración es un sistema de producción de energía basado en el aprovechamiento del calor generado durante un proceso, el principio de su funcionamiento es básico; La generación de energía convencional tiene una eficiencia del 35% mientras que se pierde el 65% de la energía en forma de calor residual. Actualmente mediante la generación de ciclo combinado se puede lograr un 55% de eficiencia teniendo en cuenta las pérdidas por transmisión y distribución de la electricidad. La cogeneración reduce estas pérdidas utilizando el calor residual generado por edificaciones industriales, comerciales y los sistemas de calefacción y refrigeración de los edificios de uso residencial. Por lo tanto, la cogeneración consiste en la generación simultánea de calor y energía térmica (vapor, agua caliente, agua fría para refrigeración, etc.), en los que ambos son aprovechados. Abarca un amplio abanico de sistemas, siempre incluyendo la electricidad como generadora de energía y un sistema de recuperación de calor.

De modo que un sistema de cogeneración va ligado a un centro consumidor de la energía térmica que se produce. Gracias a la reducción de las pérdidas, la cogeneración consigue mejorar la eficiencia energética de los sistemas, así como reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Al producir energía junto al punto en el que será consumida supone una reducción de la perdida energética que pueda suponer el transporte (“Efecto Joule”, aprox. 25 y 30%).

Estos sistemas generalmente son utilizados a gran escala en forma de plantas de cogeneración pero tienen otro tipo de aplicaciones principalmente industriales y en edificaciones de grandes dimensiones en los que se emplean aprovechando el calor para el calentamiento de agua sanitaria, calefacción o refrigeración (sistemas de absorción).

Se aprovecha mucho más la energía en grandes volúmenes que en su aplicación en viviendas residenciales de menor tamaño. Sin embargo, en algunos países del norte de Europa su uso es más generalizado mediante sistemas de micro-cogeneración.

Estos sistemas se pueden aplicar en:

  •        Dimensionamiento ACS
  •        Dimensionamiento ACS + Calefacción
  •        Enfriadora absorción (Frío solar)

 

Por lo tanto, este sistema es capaz de desempeñar simultáneamente funciones de generación de energía eléctrica y energía térmica en forma de vapor o para calentar agua, si además se utiliza para la producción de frio se denomina trigeneración.

No debemos olvidar que este tipo de sistemas a diferencia de los anteriores, durante su uso general aplicado a sistemas de energía convencionales, siguen produciendo emisiones de CO₂, aunque se reduzcan. Debido a que no se trata de un sistema independiente en sí, esto quiere decir que requiere de otro sistema que lo alimente, éstas emisiones pueden ser eliminadas si se combina con otras instalaciones basadas en fuentes de energía renovables, como es el caso de motores de biomasa o biogás.

Cogeneración

Imagen: Planta de cogeneración con biomasa en Vizacaya. Fuente: energías-renovables.com

Dicho esto, la cogeneración es compatible con:

  •        Fotovoltaica
  •        Eólica
  •        Geotermia
  •        Biomasa
  •        Enfriadora por absorción – trigeneración

Es incompatible con:

  •        Solar térmica

Dimensionar la cogeneración para cubrir ACS maximizando el número de horas de funcionamiento, cargas bajas y acumulación energética. Si se quiere incrementar su uso, calefacción + trigeneración.

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GEOTERMIA

La energía geotérmica es aquella producida a partir del calor del interior de la Tierra. Consiste en perforar y posteriormente canalizar el agua y el vapor, que se encuentran a elevada temperatura a presión, para ello se utiliza una turbina conectada a un generador, con el que se produce finalmente la energía. Existen diversos tipos de energía geotérmica, según su mayor o menor temperatura, que van desde las de alta temperatura (150 y 400°C), pasando por las de media y baja temperatura (70 a 150°C y de 50 a 70°C respectivamente), son las utilizadas en las centrales eléctricas y se suelen ubicar en zonas activas de la corteza terrestre y cuencas sedimentarias aprovechando así el gradiente geotérmico.

Por último se encuentran las de muy baja temperatura, utilizadas para cubrir las necesidades de las edificaciones, ya sea en uso residencial, agrícola o urbano. Centrándonos en éstas últimas, las temperaturas que los fluidos pueden alcanzar rondan entre los 20 y 50°C y su uso más extendido es el de generación de electricidad o aprovechamiento del calor, como refrigeración por absorción y como calefacción o aire acondicionado.

Los sistemas de geotermia destinados a la edificación, en los que se aprovecha el calor del subsuelo que se mantiene homogéneo durante todo el año, con independencia de las condiciones meteorológicas externas, consisten en la perforación o excavación de la Tierra hasta una profundidad en la que su temperatura sea constante. En el caso del invierno, y debido a que la temperatura media del subsuelo es aproximadamente de unos 17°C, resulta más sencillo conseguir un confort térmico adecuado en nuestra edificación, mucho más asequible energéticamente hablando que si tuviéramos que lidiar con temperaturas muchos más bajas y también de manera inversa, si en el exterior la temperatura es de 30 a 40°C supondría un menor esfuerzo para la instalación reducir esa temperatura hasta una temperatura adecuada.

Este aprovechamiento energético se realiza mediante una bomba de calor geotérmica que se encuentra conectada a un circuito de intercambio de calor con el terreno y otro con la edificación, según de donde proceda se pueden distinguir dos tipos principales, las que aprovechan la energía del suelo o de lazo cerrado y las que utilizan las aguas freáticas conocidas como de lazo abierto.  La principal diferencia radica en que estas últimas no utilizan el mismo fluido y requieren de un pozo, que tenga el mismo sentido que el del flujo de la capa freática, de manera que se pueda devolver el agua después de su utilización.

Instalación geotérmica

Imagen: Instalación geotérmica uso de suelo, horizontal, vertical y suelo radiante. Fuente: soliclima.com

En la imagen superior pueden apreciarse las distintas soluciones que se pueden realizar con estos sistemas. Podemos encontrar instalaciones de lazo cerrado, en las que las sondas por donde circula el fluido transportador, por ejemplo agua y anticongelante, se entierran en contacto con la tierra. En el caso de los sistemas verticales se debe alcanzar una profundidad mayor (cimientos geotérmicos), sin embargo en el caso de los sistemas horizontales se requiere una superficie mayor pero no requieren de una gran profundidad de excavación. Su disfrute final puede aplicarse a los sistemas convencionales de calefacción o ACS, así como a los sistemas de suelos radiantes.

 

La Geotermia es compatible con:

  •        Dimensionamiento para cargas base de calefacción y refrigeración.
  •        Puede convivir con todas las tecnologías asegurándose un balance neutro energético en el terreno.
  •        Se adapta muy bien a sistemas radiantes (techos fríos, suelos refrescantes y radiantes) o radiadores de baja temperatura.
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BIOMASA

Es una sustancia orgánica renovable de origen animal o vegetal, no hay que olvidar que no hace mucho era la fuente más importante de energía, puesto que en ella se basaba la actividad de las manufacturas hasta el comienzo de la revolución industrial. Tras la aparición de los combustibles fósiles el aprovechamiento de este tipo de energía renovable fue disminuyendo de manera paulatina hasta casi su total desaparición.

Su contenido energético proviene de la energía solar captada por los vegetales en el proceso de la fotosíntesis y acumulado en los enlaces de las moléculas orgánicas que los conforman. La utilización de esta energía consiste en aprovechar las materias orgánicas de origen animal, vegetal y los productos derivados del uso del hombre, es decir, reutilizar los residuos sólidos urbanos, residuos agrícolas, forestales, industriales, etc.

El elevado precio actual de los combustibles fósiles, además del conocido perjuicio que suponen para el medio ambiente, mezclado con los continuos avances tecnológicos que se han producido a lo largo de los últimos años, han generado sistemas que cada vez son más eficientes y sobre todo limpios, de modo que la conocida como bioenergía está tomando cada vez mayor importancia y presentándose cada vez más como una posible alternativa al hasta ahora uso generalizado de combustibles fósiles.

Entendemos como biomasa natural a aquella que proviene de un proceso de transformación previo, por ejemplo la leña obtenida directamente del tronco de los arboles utilizada para generar calor, frío o electricidad, la podemos encontrar en diferentes estados:

  • Sólido: pellets, briquetas o astillas
  • Líquido: biodiesel o bioetanol.
  • Gaseoso: biogás.

 

En la actualidad podemos encontrar sistemas de biomasa residual seca, entendiéndola como la proveniente de los procesos forestales y los residuos de las industrias de transformación de la madera, en su aplicación a la edificación, como calderas o estufas de pellets. Se suelen colocar en serie, es decir, de forma paralela utilizando el número que sea necesario según la demanda energética de la edificación. Los denominados pellets son virutas de madera compactada, también se utilizan astillas de madera, huesos de aceitunas o leña siendo las materias primas más comunes que utilizan estos sistemas. Este tipo de maderas suelen obtenerse, de plantas como el sauce o álamo que son árboles de rotación corta.

Sin embargo, se pueden utilizar como combustibles derivados de cereales, materiales como la cascara de los cereales, paja, son materias primas en forma sólida, pero también podemos encontrar aceites como el de girasol que se convierten en biodiesel, además se puede obtener en forma gaseosa o biogás, utilizando estiércol liquido en combinación con cereales por ejemplo el maíz.

Caldera biomasa

Imagen: Caldera de astillas de madera, pellets y hueso de aceituna KWB. Fuente: kwb.es

El hecho de que se utilicen subproductos es la clave del crecimiento que está sufriendo este tipo de sistemas en el presente más inmediato, supone un aprovechamiento máximo de los recursos. Un ejemplo que nos permite apreciar con más claridad este aprovechamiento total es el uso del hueso de aceituna como fuente de energía, actualmente se están desarrollando un proyecto de investigación para el desarrollo de procesos avanzados de fraccionamiento y conversión biológica para la obtención de energía y productos químicos a partir de la poda de olivo presentado en la última “Biomass Conference and Exhibition”, con lo que se alcanzaría aun más el objetivo de aprovechamiento completo en la manufactura de la oliva.

Hay que prestar especial interés al tratamiento posterior de las cenizas originadas tras el proceso de combustión, actualmente se pueden utilizar como relleno de materiales cerámicos o como aditivo en la fabricación de cementos, investigadores de la Universidad de Navarra están realizando estudios para su aplicación incluso como fertilizantes.

La Biomasa es compatible con:

  • Solar térmica (dimensionada para ACS), la caldera cubriría la calefacción.
  • Fotovoltaica.
  • Eólica.
  • Geotermia. La caldera cubriría ACS y parte de la calefacción. La geotermia cubriría el resto de la calefacción. Este caso es incompatible con paneles térmicos.
  • Enfriadora por absorción (frio solar). La caldera cubriría la calefacción. Los paneles térmicos cubren ACS y aportan calor a la enfriadora.
  • Cogeneración. La cogeneración cubre el ACS. La caldera cubre el resto de la calefacción.

La biomasa no es totalmente incompatible con ninguna tecnología. Es probable que requiera caldera auxiliar tradicional por posibles contingencias. Es muy importante prever bien el espacio para entrega, almacenaje de combustible así como la retirada de las cenizas.

 

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INTEGRACIÓN DE TECNOLOGÍAS, “SISTEMAS ACTIVOS”

Si además de aplicar los principios bioclimáticos, combinamos los diferentes sistemas constructivos que hemos estudiado, tanto de ventilación como de captación solar pasiva, refrigeración y demás, con sistemas en los que se integran tecnologías que aumenten la eficiencia de las soluciones que se han mencionado anteriormente, se lograrían excelentes resultados, reduciendo la demanda energética de nuestras edificaciones y sobre todo mejorando el confort de los usuarios.

En este apartado, se analizarán las distintas soluciones que se pueden adoptar mediante la incorporación de sistemas cuya característica principal es la reducida o nula emisión de gases de efecto invernadero. Al basarse en el aprovechamiento de energía proveniente de fuentes naturales prácticamente inagotables y gracias a los avances que se han producido en las últimas décadas, estos sistemas suponen una alternativa real al uso de combustibles tradicionales, consiguiendo controlar así la contaminación y alcanzar el objetivo prioritario de una edificación sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Actualmente nos encontramos en un periodo de investigación, en el cual se están produciendo continuamente avances científicos y tecnológicos. Estas investigaciones y nuevos descubrimientos hacen que podamos presagiar un futuro más sostenible y en el que las tecnologías más básicas como la energía solar, la eólica, la utilización de biomasa, geotermia y demás sistemas renovables, evolucionarán de una manera más apreciable y generalizada para conseguir así extender su uso en infinidad de facetas de nuestra vida. Estos avances son más apreciables de manera inmediata en campo de la domótica, su aplicación no solo al control de las instalaciones básicas, sino a funciones relacionadas con el ahorro energético y la mejora del confort pueden suponer un plus para la mejora del funcionamiento de las futuras soluciones constructivas.