Premio Odebrecht Argentina 2013

En Odebrecht asumimos el desafío de buscar soluciones que atiendan las necesidades del presente sin compro-meter a las generaciones futuras. En este camino hacia la sustentabilidad, el Premio Odebrecht para el Desarro-llo Sustentable tiene como principa-les objetivos incentivar y reconocer a aquellos estudiantes y docentes uni-versitarios que se propongan pensar en ingeniería desde una perspectivasostenible, y generar conocimiento so-bre la temática para difundir entre la comunidad académica argentina y la sociedad en general.

Con esta iniciativa profundizamos nues-tro vínculo con las universidades, fuen-tes inagotables de talento y creatividad, invitándolas a generar valiosas contri-buciones para el desarrollo sustentable.

Tratamiento de aguas con arsénico para la mejora en la calidad de vida de una comunidad aborigen

Generador eólico de baja potencia, orientado a comu-nidades con bajos recursos energéticos y/o económicos

Ladrillos térmicos fabricados con papel reciclado

Sol y dar y dar agua

Secado industrial de frutas y vegetales, combinando energía solar y combustión de desechos sólidos agra-rios, para fábricas agro-industriales

Remoción electroquímica de arsénico del agua me-diante el uso de energía renovable

Materiales alternativos, técnicas y sistemas construc-tivos para una propuesta sustentable

El biogás domiciliario. Una oportunidad para abaste-cer a las comunidades aisladas de manera accesible, limpia y eficiente

Generación de energía eléctrica a partir de peque-ños aprovechamientos hidroeléctricos – Estudio de un caso práctico para el abastecimiento de un refugio de montaña

Uso del suelo como climatizador de interiores

www.premioodebrecht.com/argentina

Premio Odebrecht 2013

LOS 10 MEJORES PROYECTOS

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GANADORES 2013

TRATAMIENTO DE AGUAS CON ARSÉNICO PARA LA MEJORA EN LA CALIDAD DE VIDA DE UNA COMUNIDAD ABORIGEN

María Paula Godoy y Maximiliano José Muchiutti

PROF. ORIENTADOR: María Daniela Tenev | Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional de Resistencia (Chaco)

GENERADOR EÓLICO DE BAJA POTENCIA, ORIENTADO A COMUNIDADES CON BAJOS RECURSOS ENERGÉTICOS Y/O ECONÓMICOS

Máximo Paz Iaconis

PROF. ORIENTADOR: Estela Mónica López Sardi | Universidad de Palermo

LADRILLOS TÉRMICOS FABRICADOS CON PAPEL RECICLADO

Marcos Javier Antequera

PROF. ORIENTADOR:Agustín Gabriel Poblet | Universidad Católica Argentina

SOL Y DAR Y DAR AGUA

Federico Emanuel Moyano

PROF. ORIENTADOR:Fabián Lorenzo Venier | Universidad Nacional de Río Cuarto

SECADO INDUSTRIAL DE FRUTAS Y VEGETALES, COMBINAN-DO ENERGÍA SOLAR Y COMBUSTIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS AGRARIOS, PARA FÁBRICAS AGRO-INDUSTRIALES

José Facundo Gómez Gallardo, Matías Ariel Herrera y Darío Sebastián Guardia

PROF. ORIENTADOR:Eduardo Héctor Pérez Caram | Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Mendoza

REMOCIÓN ELECTROQUÍMICA DE ARSÉNICO DEL AGUA ME-DIANTE EL USO DE ENERGÍA RENOVABLE

Julián Gabriel Luppi y Javier Kenigsberg

PROF. ORIENTADOR: Héctor Fasoli | Universidad Católica Argentina

MATERIALES ALTERNATIVOS, TÉCNICAS Y SISTEMAS CONS-TRUCTIVOS PARA UNA PROPUESTA SUSTENTABLE

Alejandro Naser Alderete, Diego José Madrid y José Daniel Armella

PROF. ORIENTADOR: Carlos Eduardo Alderete | Universidad Nacional de Tucumán

EL BIOGÁS DOMICILIARIO. UNA OPORTUNIDAD PARA ABASTE-CER A LAS COMUNIDADES AISLADAS DE MANERA ACCESIBLE, LIMPIA Y EFICIENTE.

Vanina Desirée Alesci Baigorria y Claudia Maria Kolosow

PROF. ORIENTADOR: Bárbara María Civit | Universidad Tecnológica Nacional –Facultad Regional Mendoza

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE PEQUE-ÑOS APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS – ESTUDIO DE UN CASO PRÁCTICO PARA EL ABASTECIMIENTO DE UN REFU-GIO DE MONTAÑA

Pablo Daniel Meinardo y Guillermo Javier García

PROF. ORIENTADOR: Livio Sebastián Maglione | Universidad Nacional de Río Cuarto

USO DEL SUELO COMO CLIMATIZADOR DE INTERIORES

Leila Mora

PROF. ORIENTADOR: Salvador Gil | Universidad Nacional de San Martín

R E A L I Z A C I Ó N



Todos los trabajos publicados en este libro son de entera responsabilidad de los autores.

COORDINACIÓN EDITORIAL

Ana Victoria Bologna

REVISIÓN DE TEXTOS

Done! Comunicación de autor

Aldana Hereñú


Verónica Spirito

PROYECTO GRÁFICO

Karyn Mathuiy Designwww.kmathuiydesign.com.br

IMPRESIÓN

Imprenta Ecológica

EQUIPO PREMIO ODEBRECHT PARA EL DESARROLLO SUSTENTABLE ARGENTINA 2013

Aldana Hereñú


Andrés Gálvez

Daniel Felici

Diego Blasco

Fernando Resende

Hernán López Sosa

Ilana Cunha

Iván Vanino

Jairo Anzola

Jorge De Angeli

Lucas Utrera

Marcio Ribeiro

Marianella Moretti

Nelson Elizondo

Pablo Brottier

Roberto Rodríguez

Verónica Spirito

JURADOS

Marcelo PaladinoDecano de IAE Business School

Sebastian BigoritoDirector Ejecutivo del Consejo Empresario para el Desarrollo Sostenible www.ceads.org.ar

Paula CardenauPresidente de Red Activoswww.redactivos.org.ar

Estefania GigantiDirectora de Los tres mandamientoswww.lostresmandamientos.com.ar

Flavio Bento de FariaDirector Superitendente de Odebrecht Argentina

Rodney Rodrigues de Carvalho Director de Infraestructura Argentina

Diego Luis PugliessoDirector de Personas, Administración y Finanzas de Odebrecht Argentina

Adan LevyPresidente de Ingeniería sin Fronteraswww.isf-argentina.org

Gustavo Alberto WeissPresidente de la Cámara Argentina de la Construcción

R E A L I Z A C I Ó N



[ 4 ] PRÊM IO ODE B REC HT 2008

PRESENTACIÓN

El Premio Odebrecht para el Desarrollo Sustentable tiene como principa-les objetivos incentivar y reconocer a aquellos estudiantes y docentes

universitarios que se proponen pensar la ingeniería desde una perspectiva sos-tenible, además de generar conocimiento sobre la temática para difundir entre la comunidad académica argentina y la sociedad en general.

A través de nuestro lema “Sobrevivir, Crecer y Perpetuar”, el compromiso con el desarrollo sostenible está presente desde sus orígenes en nuestra cultura empresarial y ha sido siempre una referencia para la actuación de los integrantes de Odebrecht en todo el mundo.

En cada lugar en el que emprendemos nuestras obras generamos riquezas para nuestros clientes, accionistas, integrantes y comunidades a través de la construcción de proyectos necesarios para el bienestar de la sociedad, mante-niendo siempre el compromiso de contribuir con la inclusión social y la preserva-ción del medio ambiente.

Con mucha satisfacción, presentamos la primera edición del Libro que recopi-la los diez proyectos finalistas entre decenas de trabajos recibidos desde universi-dades de toda Argentina. Las propuestas seleccionadas fueron evaluadas por un prestigioso jurado compuesto por directivos de nuestra organización y referentes de sustentabilidad de instituciones académicas, cámaras empresariales, socie-dad civil y medios de comunicación especializados de nuestro país.

Con el Premio Odebrecht para el Desarrollo Sustentable movilizamos la in-teligencia y creatividad de estudiantes y profesores universitarios de Argentina, de esta manera, impulsamos la generación de conocimiento de vanguardia; ideas que esperamos, en un futuro cercano, puedan convertirse en una realidad que mejoren la calidad de vida de los argentinos.

¡Buena lectura!

Sumario

GA

NA

DO

RE

S 8 Tratamiento de aguas con arsénico para la mejora en la calidad de vida de una comunidad aborigen”

28 Generador eólico de baja potencia, orientado a comunidades con bajos recursos energéticos y/o económicos

48 Ladrillos térmicos fabricados con papel reciclado

70 Sol y dar Y dar Agua

90 Secado industrial de frutas y vegetales, combinando energía solar y combustión de desechos sólidos agrarios, para fábricas agro-industriales

108 Remoción electroquímica de arsénico del agua mediante el uso de energía renovable

130 Materiales alternativos, técnicas y sistemas constructivos para una propuesta sustentable

154 El biogás domiciliario. Una oportunidad para abastecer a las comunidades aisladas de manera accesible, limpia y eficiente

180 Generación de energía eléctrica a partir de pequeños aprovechamientos hidroeléctricos. Estudio de un caso práctico para el abastecimiento de un refugio de montaña

204 Uso del suelo como climatizador de interiores

[ 8 ] PRE M IO ODE B REC HT 2013


AUTORES María Paula GodoyMaximiliano José Muchiutti

ORIENTADOR María Daniela TenevUniversidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional de Resistencia (Chaco)Ingeniería Química 2º y 4º año

recopi lac ión de los mejores proyectos [ 9 ]

Este proyecto se desarrollará en torno de la problemática del agua con-taminada con arsénico, refiriéndose a la que se encuentra en el de-

partamento de Almirante Brown, más específicamente en la localidad de Pampa del Infierno y sus alrededores, en la provincia del Chaco. Este recurso hídrico altamente insalubre es consumido por la población rural y parte de la urbana que reside en dicha localidad, debido a que otras fuentes de agua no resultan suficientes para satisfacer las necesidades básicas de consumo. Parte de la población rural está compuesta por asentamientos de pueblos originarios, los cuales son particularmente afectados por esta problemática debido a su bajo poder adquisitivo y falta de educación. En este proyecto se propone un sistema de tratamiento del agua que pretende cumplir con los lineamientos del desarrollo sustentable. De acuerdo a la información analizada acerca de los parámetros físicos y químicos en los cuales se fundamenta el método propuesto, se concluye que el mismo presenta una alta efectividad, y que podría implementarse para el tratamiento de las aguas de la región analizada.


INTRODUCCIÓN

En la vasta lista de derechos humanos, en la sección que abarca los temas sobre salud, se puede encontrar el derecho a la disposición de agua potable. A pesar de parecer un derecho tan ligado al bienestar humano que no necesita estar explícito en una lista, se estima que la población argentina que habita en áreas con aguas arsenicales es de alrededor de 2.500.000 habitantes, casi el 7% de la población del país. A su vez, el 43% de los departamentos afectados tienen más del 30% de su población con necesidades básicas insatisfechas. Las co-munidades aborígenes y la población rural dispersa, forzadas a abastecerse de agua subterránea, resultan las más afectadas. Los valores de arsénico en agua en esas zonas son muy superiores al valor máximo recomendado por el Código Alimentario Argentino (0,05 ppm). Esto limita enormemente las posibilidades de las personas de consumir agua de óptima calidad. Las consecuencias que esta situación acarrea afectan de manera directa la salud de la población, causando enfermedades de diversos tipos. Una de las regiones que presenta esta proble-mática con el contenido de arsénico en el agua, es la localidad de Pampa del Infierno, en la provincia del Chaco.

La provincia del Chaco se encuentra al noreste de la República Argentina, es una de las provincias que constituyen la región Litoral del país. Las caracte-rísticas de distribución hidrológica de esta región son sumamente variadas; se encuentran áreas con alta disponibilidad de aguas superficiales, mientras que en otras zonas estas fuentes de agua son exiguas, y la media anual de precipitacio-nes no es suficiente para satisfacer las necesidades de consumo de la población.

El organismo estatal que tiene bajo su responsabilidad proveer de agua po-table a los habitantes de la provincia es SAMEEP, Servicio de Agua y Manteni-miento Empresa del Estado Provincial. Según estudios realizados por este orga-nismo en el año 2012, el 65% del territorio chaqueño presenta agua con arsénico, en muchos casos en concentraciones superiores al valor máximo señalado por el Código Alimentario Argentino.


En determinadas ciudades de la provincia, como su capital, Resistencia, o la ciudad vecina de Barranqueras, esta problemática no afecta a la población debido a que la misma consume agua proveniente del río Paraná, fuente de agua superficial que se encuentra exenta de arsénico, y que además mantiene un cau-dal relativamente constante. El agua es tratada por la empresa SAMEEP y luego puesta a disposición de los usuarios. Algunas ciudades que se encuentran más alejadas de esta fuente cuentan con un servicio de acueductos, que proveen a la población de agua en condiciones óptimas para ser consumida. Sin embargo, SAMEEP estima que sus servicios llegan solamente a un 68% de la población to-tal de la provincia, debido a su infraestructura e inversiones limitadas. El restante 32% se abastece de agua de perforaciones, las que usualmente contienen altas concentraciones de arsénico. En la sección Anexo de este trabajo se adjunta un mapa donde se muestran las zonas afectadas (Imagen 1).

El hecho de que el organismo estatal no pueda abastecer a estas poblacio-nes de agua potable, ha obligado a sus habitantes a adoptar ciertas prácticas y hábitos para evitar la ingesta de arsénico. Algunos de los más comunes son la compra de agua mineral envasada y la adquisición de filtros o purificadores para el agua de red domiciliaria. Indiscutiblemente, contar con esta clase de ser-vicios obliga a quienes los consumen a disponer de los recursos económicos necesarios para pagar por ellos. Es evidente que no toda la población está en una posición socio-económica que le permita llevar a la práctica dichos hábitos, volviéndose una realidad el hecho de que para tener la posibilidad de consumir, nada más y nada menos que agua en buenas condiciones, una persona deba poseer cierto nivel de recursos.

Es aquí donde radica el valor social de este trabajo, con el que se tratará de mejorar la calidad de vida de las comunidades afectadas mediante el desarrollo de un sistema de remoción de arsénico que sea efectivo, económicamente facti-ble y, además, respetuoso con el medio ambiente; y que permita a estas personas desarrollar sus actividades cotidianas de manera más saludable y exentas del peligro del consumo de esta sustancia.


DESARROLLO

Dado que la problemática tratada en este proyecto se basa en la presencia del arsénico en el agua, se dará comienzo al desarrollo del mismo exponien-do las propiedades de este elemento y abordando sus efectos sobre la salud. Se citarán luego los métodos de remoción de arsénico más frecuentemente utilizados, y se expondrán las bases teóricas que fundamentan el método de Remoción de Arsénico por Oxidación Solar, en el que se basa el sistema de pu-rificación propuesto. El desarrollo concluirá con la explicación y fundamentos de este último.

PROPIEDADES DEL ARSÉNICO

El arsénico es conocido por el hombre desde tiempos remotos, más preci-samente, desde la Edad Media. Por sus efectos altamente tóxicos se lo llamó “el rey de los venenos”, tenía consecuencias mortales e inmediatas en las personas que lo consumían y su popularidad se debió a que carece tanto de sabor como de olor, pudiendo pasar fácilmente inadvertido en alguna comida o bebida.

Este elemento se encuentra presente de forma natural en la corteza terres-tre y en las aguas subterráneas de varios países. Es liberado al ambiente por las erupciones volcánicas y erosión de los depósitos minerales. Algunas actividades antropogénicas favorecen la dispersión del arsénico en el medio ambiente, por ejemplo, la minería y la extracción de minerales metálicos como el cobalto, el oro y el níquel.

Años atrás este elemento formaba parte de la composición de productos químicos muy consumidos, como herbicidas, sustancias para manufactura del vidrio y en el tratamiento de la madera por presión (en donde se utilizaba arsenato cromado de cobre). En la actualidad, la Organización Mundial de la Salud reco-noce los riesgos potenciales de la exposición al arsénico, ya sea por ingesta de agua y /o alimentos contaminados, o por otros medios como inhalación de aserrín o humo de productos tratados con compuestos arseniosos.


Las causas de envenenamiento con arsénico más comunes son el consumo del agua de napas de ciertas zonas geográficas, consumo de alimentos prove-nientes de cultivos que han sido regados con agua contaminada, y el tabaco. Esta no es una problemática que afecta exclusivamente al territorio argentino, sino también a diversas zonas distribuidas por la totalidad del globo terráqueo. Países como China, Bangladesh, Chile, India, México y Estados Unidos intentan a diario hacer frente a esta situación de una manera cada vez más eficiente, buscando que la solución sea, además, ecológica y que implique la menor cantidad de cos-tos posible.

EFECTOS SOBRE LA SALUD

La OMS incluye al arsénico dentro de las diez sustancias químicas más pre-ocupantes para la salud pública. Actualmente, este organismo recomienda que el agua potable no tenga más de 10 microgramos de arsénico por litro de agua. Sin embargo, cada país decide cuál es la concentración límite que se adoptará, debido a que para establecer este parámetro se necesitan considerar ciertos factores geográficos, y además la cantidad de agua que se consume en cada lugar, debido a que el límite de tolerancia no será el mismo en una zona tropical que en zonas de baja temperatura (donde generalmente se consume menor can-tidad de agua).

El arsénico puede presentarse tanto de forma inorgánica como de forma orgánica. La primera es extremadamente tóxica, y se puede encontrar princi-palmente en las aguas contaminadas con arsénico. La segunda forma, menos peligrosa, puede ser encontrada en algunos productos naturales de mar, como pescados y mariscos. La toxicidad del arsénico se debe a que este elemento interviene fácilmente en diversos tipos de reacciones enzimáticas que son nece-sarias para el correcto desarrollo del organismo, de esta forma, el arsénico tri-valente interactúa con los grupos sulfhídrilo y el pentavalente sustituye a grupos fosfatos de las enzimas mitocondriales. Ambas interacciones químicas producen inhibición de la actividad enzimática.

Las personas que consumen agua contaminada con arsénico por tiempo pro-longado presentan algunos síntomas característicos del envenenamiento por este elemento. La sintomatología que se evidencia en una primera fase consiste en vó-


mitos, cólicos abdominales y ocasionalmente diarreas; una segunda fase se ca-racteriza por entumecimiento de extremidades. Finalmente se alcanza una tercera fase, cuya sintomatología consiste generalmente en cambios de pigmentación en la piel, lesiones cutáneas (neoplasias de piel) o surgimiento repentino de durezas, tanto en las manos como en los pies (esto es conocido como “hiperqueratosis”). Algo a tener en cuenta es que el arsénico es acumulable en el organismo, y sola-mente es necesaria una exposición de cinco años a niveles altos de arsénico en agua para alcanzar la tercera fase del envenenamiento, la cual puede derivar en consecuencias más graves como cáncer de piel, de vejiga y de pulmón (según es-tudios realizados por el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer). Otros problemas crónicos son los relacionados con la motricidad, neurológicos (neuropatías periféricas), diabetes, problemas cardiovasculares y hepáticos.

MÉTODOS DE REMOCIÓN DE ARSÉNICO

Desde el descubrimiento de la presencia del arsénico en el agua y sus con-secuencias sobre la salud, el hombre emprendió la búsqueda de diferentes tec-nologías que permitan darle al agua un tratamiento adecuado.

Actualmente, se pueden encontrar gran variedad de métodos de remoción. Se citan a continuación los más comunes:

• Ósmosis inversa• Intercambio iónico• Adsorción• Ablandamiento con cal• Floculación - sedimentación - filtración

La elección de un método en particular dependerá de diversos factores, como la concentración de arsénico en el agua a tratar, el costo del proceso, y la cantidad de personas a abastecer de agua potable. Dado que las condiciones socio-económicas de un país en parte limitan el uso de determinadas tecnolo-gías, también se debe considerar la disponibilidad en el mercado de equipos/accesorios para la construcción del sistema de tratamiento que se pretende.

Otros factores a considerar son los que están relacionados con las propieda-des fisicoquímicas del agua. Se citan algunos a continuación:


• pH• Alcalinidad• Dureza• Concentración de cloruros, sulfatos, nitratos• Concentración de calcio y magnesio• Concentración de flúor y hierro

El sistema de remoción que se propone en este proyecto es una adaptación del método de floculación-sedimentación-filtración, cuyos fundamentos se ex-pondrán a continuación.

El arsénico presenta cuatro estados de oxidación, sin embargo, solo dos de ellos son comunes: As (III) y As (V). En las aguas subterráneas se encuentra ge-neralmente arsénico trivalente, debido a que en este tipo de aguas el oxígeno es un elemento limitante. Esto conlleva a que el arsénico raras veces sea oxidado hasta un estado pentavalente.

El pH del agua a tratar juega un papel sumamente importante a la hora de conseguir una remoción efectiva. En aguas con un rango de pH 4 a 10 se encuen-tra que el arsénico pentavalente presenta carga negativa. En este hecho físico se basan algunos de los métodos de purificación de aguas, ya que se aprovecha la posibilidad que existe de formar partículas neutras con el agregado de espe-cies con carga positiva, y se procura que el agua presente condiciones tales, que dichas partículas neutras se formen con tamaño suficiente para que puedan decantar. Esto explica por qué el primer paso de la floculación, y métodos simila-res, consiste en la oxidación de As (III) a As (V), ya que el arsénico trivalente no presenta carga.

Si la remoción del arsénico se basara en la combinación de éste con otras sustancias, entonces es relevante evaluar las constantes de disociación, tanto de arsenito como arsenato, para poder conocer las fuerzas de equilibrio que gobiernan ese proceso (ver cuadro 1 en Anexo).

Se encuentra en estos valores otra fundamentación para el proceso de oxidación de arsénico trivalente a pentavalente: estos últimos se disocian con mayor facilidad (sus valores de pK son más pequeños), y por lo tanto son más propensos a combinarse con otras sustancias.


Un diagrama de equilibrio termodinámico de pourbaix es una herramienta sumamente práctica a la hora de establecer las condiciones de pH necesarias para que predomine una u otra especie en un sistema. Pueden evidenciarse en el diagrama siguiente las condiciones óptimas para que predomine el arsenato en la muestra de agua de interés.

Figura 1

MÉTODO DE REMOCIÓN DE ARSÉNICO POR OXIDACIÓN SOLAR (RAOS)

Un método económico y sencillo para la remoción de arsénico de aguas sub-terráneas es el que emplea la radiación solar.

El método RAOS fue diseñado originalmente en Zúrich. El mismo fue pro-puesto por la comunidad científica de la Universidad de EAWAG como una so-lución al envenenamiento masivo por ingesta de agua arsenical, producido en Bangladesh durante la década del ‘70. A partir de entonces, muchos países con la problemática del arsénico han utilizado este método para conseguir potabilizar el agua, adaptándolo según las propiedades de esta en cada región.


El método RAOS debe su efectividad a la combinación adecuada y sinérgica de cuatro elementos. Ellos son arsénico, hierro, citrato y la radiación solar; la in-teracción fotoquímica de estos elementos deriva en la rápida oxidación, tanto del hierro como del arsénico (de As3+ a As5+). Esta oxidación acelerada se debe a que en la matriz acuosa se generan moléculas de complejos activos de hierro-citrato, que derivan a su vez en especies superoxidadas de oxígeno. Estas catalizan la oxidación del hierro y arsénico presentes en el agua.

Se muestra a continuación un mecanismo de reacción simplificado:

Figura 2

Como se mencionó anteriormente, el método RAOS podría definirse como un método modificado de floculación, ya que además de formarse oxidantes y complejos, se produce la formación de flóculos de hidróxido de hierro Fe(OH)3 . El arsénico pentavalente se adsorberá fuertemente sobre la superficie de estos últimos, de forma tal que ambas partículas decantarán y será posible retirarlas luego mediante un proceso de filtración.

La efectividad de este método ha sido probada con anterioridad en diferen-tes países, mostrando resultados muy satisfactorios siempre que los elementos necesarios sean combinados en proporciones adecuadas. Uno de los elemen-tos fundamentales es, sin lugar a dudas, la presencia de la radiación solar. Esta cantidad es medida con el parámetro denominado “Irradiación Solar Global”, cuyo valor no debe ser inferior a 615 W. h / m2 diarios para poder aplicar este


método. De esta manera, se asegura que las reacciones fotoquímicas se com-pleten en un grado apreciable.

Otros factores a tener en cuenta son las cantidades de hierro y de citrato que debe contener el agua. La bibliografía consultada no provee de una relación estequiométrica o de masas que se pueda tomar como regla definitiva, ya que estas cantidades dependen de la masa de arsénico que se pretenda remover y de las características de cada muestra de agua (como el pH de la misma, o si esta posee o no hierro naturalmente y en qué concentración). Sin embargo, tomando como referencia experiencias anteriores, realizadas en aguas con característi-cas similares a las que se hacen referencia en este proyecto, se puede estimar qué cantidades serán necesarias para obtener una purificación satisfactoria del agua. Estos datos se expondrán más adelante.

Por otra parte, el agua proveniente de napas de la región de interés presenta características apropiadas para la aplicación efectiva del método RAOS. En el cuadro siguiente se resumen las concentraciones de hierro y de arsénico de esta región (ver cuadro 2 en Anexo). Estos valores fueron obtenidos por la cátedra de Química Analítica I de la Universidad Nacional del Nordeste, el área donde se realizó el muestreo puede verse en la figura 2, en sección Anexo.

Como puede apreciarse, el pH del agua es apropiado para que predomine el arsénico pentavalente, necesario para llevar a cabo el proceso de adsorción. También resulta beneficiosa la natural concentración de hierro que posee el agua, ya que esto implica que, si bien se deberá agregar hierro de fuentes exte-riores para provocar el precipitado, será necesaria una menor cantidad.

En cuanto a la Irradiación Solar Global, la región norte de la Argentina pre-senta valores que oscilan entre los 2,5 KW/hm2 (en época invernal) y 6,0 KW/hm2 (en verano), como puede observarse en los mapas que se encuentran en sección Anexo (imágenes 3 y 4). Estas cantidades superan ampliamente la cantidad míni-ma requerida para producir la precipitación del arsénico.

SISTEMA DE TRATAMIENTO PROPUESTO

Se diseñó un sistema para tratar 2.000 litros de agua. Basándose en que cada persona consume en promedio cuatro litros de agua diarios, considerando


exclusivamente el consumo y la cocción de alimentos, esta cantidad de agua sería suficiente para una población de, aproximadamente, 100 personas. Este es el promedio de habitantes que poseen las comunidades rurales y aborígenes en la mayoría de los departamentos de la provincia del Chaco.

El sistema consta de tres partes: una bomba, a la cual se le suministra ener-gía recolectada a través de un panel solar, un tanque de tratamiento y un tanque de almacenamiento de agua potable. Se describe a continuación cada uno de estos elementos.

La bomba que se utilizará para la extracción del agua subterránea es de tipo sumergible, modelo BST 40/320-36V, con un caudal máximo de 18 l/min y con un caudal diario (con radiación de 4,5 KW. H / m2) de 5, 4 m3, con un potencia total de 330 W y una tensión de 36 V.

Se bombeará el agua hasta el tanque de tratamiento, este debe estar cons-truido de un material que permita el paso de la radiación solar, resista la presión ge-nerada por la masa de agua que contendrá y ser resistente a las condiciones climá-ticas a las que será expuesto, como calor, viento y humedad. Uno de los materiales que reúne estos requisitos es el acrílico. En la base del tanque se coloca una placa de un material refractario, a los fines de incrementar la eficiencia del proceso. La radiación que por algún motivo atraviese el volumen de agua sin producir efecto, refractará en esta placa, volviendo al sistema. Finalmente, el tanque de tratamiento se conecta a un tanque de almacenamiento, el cual recogerá el agua en condicio-nes de ser consumida. En la sección Anexo se encuentra un esquema del equipo y a continuación se explicarán los principios del funcionamiento del mismo.

El proceso comienza con el llenado del tanque; una vez que la bomba es puesta en marcha, la misma succionará el agua proveniente de la perforación (de entre 20 y 25 metros de profundidad).

Una vez lleno el tanque, se procede al agregado del hierro y del citrato uti-lizando la compuerta que se encuentra en la parte superior del mismo. La ubi-cación de esta compuerta puede verse en el esquema del equipo. El citrato se agrega como ácido cítrico (este libera iones citrato en solución acuosa), el cual puede obtenerse de la mayoría de las frutas cítricas como el pomelo, la naranja o el limón. En este proyecto se propone la utilización del ácido cítrico presente


en el jugo de limón, debido a que para obtener las cantidades adecuadas no es necesario disponer de la fruta, pueden utilizarse jugos artificiales de limón. Las cantidades de ácido cítrico en estos son un poco inferiores que en la fruta, pero son más económicos y se pueden obtener en cualquier estación del año.

Con respecto al hierro, una forma económica y simple de introducirlo al tan-que es en forma de alambre. Esta manera de proporcionar hierro al medio es la que más se ha evaluado en otras provincias argentinas y otros países, y las expe-riencias demuestran que los resultados son satisfactorios.

Una vez introducidos los elementos antes mencionados al tanque, se cierra la compuerta. Para que las reacciones fotoquímicas produzcan los efectos bus-cados se necesitan, aproximadamente, siete horas de radiación solar. Con empe-zar el proceso poco antes de la salida del sol será suficiente, incluso en invierno.

Al cabo de este tiempo se podrá observar una fina capa de sedimento en el fondo del tanque, indicando que el proceso ha concluido. Entonces, el sobrena-dante, que es agua libre de arsénico, deberá traspasarse al tanque de almacena-miento. Para ello se abre la llave de paso que conecta ambos tanques, la misma se cierra cuando todo el sobrenadante haya pasado.

El tanque de almacenamiento cuenta con un filtro muy sencillo entre el tubo de paso y el tanque, que puede ser de tela metálica o de algún tipo de material textil. Este filtro evitará que las partículas de sedimentos, u otras ocasionalmen-te arrastradas con el sobrenadante, pasen al tanque de almacenamiento. Final-mente, al agua contenida en este último se le pueden agregar algunas gotas de solución comercial de hipoclorito de sodio (lavandina), de este modo se tendrá agua en perfectas condiciones para ser consumida. En el cuadro 3, en la sección Anexo, se detalla la cantidad de materiales a utilizar para 2000 l de agua.

Limpieza del tanque de tratamiento y disposición de efluentes

Una vez que el tanque de tratamiento es descargado, se deberá remover el agua y el sedimento que quedan en el fondo del mismo. Para este propósito, el sistema propuesto cuenta con tres llaves de paso que se ubican en la parte inferior del tanque, conectando el contenido con el exterior. Para la limpieza se procede a abrir cada una de las llaves, lo cual provocará la salida del efluente por fuerza de gravedad.


El contenido que sale del tanque se recoge en recipientes adecuados (por ejemplo, bidones plásticos), y se dispone del mismo según la Ley 3946 de Resi-duos Peligrosos de la provincia del Chaco. El desarrollo de un proceso de trata-miento de estos efluentes escapa del alcance de este proyecto, sin embargo, a modo de propuesta se podría considerar realizar con el efluente obtenido un pro-ceso de secado y posterior recuperación del arsénico en alguna de sus formas, para darle al mismo un valor agregado.

RESULTADO Y CONCLUSIONES

El objetivo principal de este proyecto consistió en encontrar una solución para un problema concreto, que sea afín al concepto de desarrollo sustentable. Luego del análisis de la información pertinente se puede concluir que la puri-ficación de aguas utilizando el sistema propuesto cumple con los pilares de la sustentabilidad, por el hecho de ser efectivo, ambientalmente responsable, eco-nómicamente factible y, sobre todo, socialmente inclusivo. El equipo propuesto es idóneo para ser utilizado en la región de la provincia del Chaco a la que se hace referencia, debido a las características que reúnen tanto el agua a tratar como los suelos. A su vez, el armado del equipo no requiere de grandes inver-siones, los materiales necesarios se encuentran disponibles en el mercado na-cional y no se requiere de mano de obra calificada para la puesta en marcha del proceso. La energía necesaria es obtenida aprovechando la radiación solar, fuente que además de ser económica no expide contaminante alguno. Durante la elaboración de este proyecto se han tenido en cuenta todos los aspectos antes citados, con el objetivo de idear una propuesta creativa que los combinara lo más adecuadamente posible para hacerlos desembocar en la verdadera esencia de ser innovador: brindar un servicio a la comunidad, utilizando ingeniosamente los conocimientos que se poseen. Con la realización de este proyecto se permitiría a las comunidades rurales aborígenes tener la posibilidad de mejorar su calidad de vida, ofreciéndoles un recurso tan vital como el agua en buenas condiciones.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Atkins, P.W., D.F. Shirver, C.H. Langord (1998) Química Inorgánica. Reverte.

Geoff Rayner-Canham (2000) Química Inorgánica Descriptiva (2ª.ed.). México, Pearson Educación.

Robert L. Mott (2006) Mecánica de fluidos aplicada. Pearson Educación.

Strahler Arthur N. (1989) Geografía Física. Omega.

García Guevara, Silvana (2008). “El Agua en América Latina: Abundancia con problemas.” En Muy Interesante. Páginas 56 a 59.

Blanes, P.S. y Giménez, M.C. (2006). “Evaluación de los Niveles de Hierro y Arsénico en Aguas Na-turales Subterráneas de la Región Centro-Oeste de la Provincia del Chaco – Argentina”. En Información Tecnológica -Vol. 17 N°3 (on line), p. 3 - 8. Disponible en http://www.scielo.cl .

Giannuzzi, L. (26|08|2009). “Los pobres no beben, o beben mierda”. En Economía y política – Recursos naturales (on line).Disponible en http://www.prensamercosur.com.ar

Organización Mundial de la Salud (2012, diciembre) Centro de prensa – Arsénico, nota descriptiva N°372. (On line). Disponible: http://www.who.int


ANEXO

CUADROS

Cuadro 1

Arsenato H3AsO4 pK1 = 2,2 pK2 = 6,94 pK3 = 11,52

Arsenito H3AsO3 pK1 = 9,2 pK2 = 14,20 pK3 = 19,20

Cuadro 2

Departamento As (mg/L) Fe (mg/L) pH

Máx. Min. Med. Máx. Min. Med. Máx. Min.

Almirante Brown 0.25 0.01 0.07 1.62 <LC* 0.44 8,5 6,5

*<LC: inferior al límite de cuantificación.

Cuadro 3

Materiales Cantidad Características

Alambre 5 kg 90% de hierro

Jugo de limón 1.200 ml Si es artificial con 4g de ácido cítrico cada 100 g de jugo


IMÁGENES

Imagen 1


Imagen 2

Imagen 3


PLANOS DEL MODELO DE “TANQUE DE TRATAMIENTO”

Salida de efluentesSalida de sobrenadante hacia el tanque de almacenamiento

Vista frontal

200 cm

60 c

m

R 0,

95

8 cm

Ingreso de agua Salida de efluentes Salida de sobrenadante

200 cm

60 c

m

Vista lateral izquierda


Ingreso de agua Compuerta de ingreso de materiales (alambre y jugo)

200 cm

200

cm

30 c

m

R 4

Vista superior



AUTOR Máximo Paz IaconisORIENTADOR Estela Mónica López Sardi

Universidad de PalermoIngeniería Industrial 5° año


El objetivo del proyecto fue desarrollar y construir un generador eólico de corriente continua destinado a aplicaciones rurales y hogareñas en

lugares que no tengan conexión con la red eléctrica o en comunidades con bajos recursos económicos.

El 90% del prototipo del generador desarrollado fue construido con materia-les reciclados, los materiales empleados son de bajo costo y requieren mínimo mantenimiento.

El aerogenerador propuesto es de baja potencia, con un rotor de imanes per-manentes, que gira frente a un estator donde se encuentran las bobinas. Cuenta con una tensión de salida de 12 V y una potencia de 500 W, pudiendo ampliarse, aumentando su geometría, al doble de potencia.

Puede entregar al usuario 220 V de corriente continua mediante el uso de un inversor de tensión y un banco de baterías de ciclo profundo adecuado al consu-mo de cada sitio específico. De este modo, la energía generada puede utilizarse para alimentar un sistema de iluminación hogareña o para suministrar electrici-dad a los diversos artefactos de uso doméstico.

El uso de este dispositivo para la generación de electricidad tendrá impactos positivos no solo en el aspecto ambiental, sino también en la calidad de vida de las comunidades a las que está destinado.

AUTOR Máximo Paz IaconisORIENTADOR Estela Mónica López Sardi

Universidad de PalermoIngeniería Industrial 5° año


INTRODUCCIÓN

La energía eólica es una de las principales alternativas para la generación limpia de electricidad, ya que los avances tecnológicos producidos en los últimos años han permitido mejorar de forma considerable sus prestaciones y disminuir sus costos. Las aspas y el rotor de un sistema eólico transforman la energía ci-nética del viento en energía mecánica que, a su vez, es transformada en energía eléctrica mediante un generador.

Una de las mayores ventajas de la energía eólica es que es inagotable (re-novable), ya que el viento existirá mientras que el sol exista, al menos cuatro billones de años más. Su utilización implica una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), y el costo de producción de esta tecnología ha bajado en gran medida desde 1980 a la fecha.

En la Argentina se estima que 2 millones de personas no tienen acceso a la energía eléctrica y 1.000 escuelas rurales aún carecen de electricidad. El Ing. Enrico Spinadel, presidente de la Asociación Argentina de Energía Eólica, afir-ma que este tipo de energía presenta un importante potencial de desarrollo en muchas zonas del país, especialmente en la Patagonia, importante corredor de vientos de dirección oeste – este.

La primera máquina eólica de referencia histórica, aparece en el año 1700 a.c. en Babilonia, usándose para bombear agua, y existen antecedentes en la antigua Persia, donde ya se utilizaban molinos de eje vertical para moler grano.

Hasta el siglo X de nuestra era, no es posible encontrar documentos que mencionen los molinos de viento como práctica generalizada, pero a partir del siglo XI, aparecen, en la zona mediterránea de Europa, molinos con rotores a vela, que derivan en los típicos molinos manchegos y mallorquines, cuya carac-terística era el rotor de cuatro aspas de entramado de madera recubierto de tela.

Aunque la evolución en la historia de los molinos de viento transcurre de forma continua, a finales de la Edad Media las innovaciones y las aplicaciones de las máquinas eólicas se producen con mayor rapidez. Entre la segunda mitad del


siglo XVIII y la segunda mitad del XIX, los molinos de viento europeos alcanzan su más alto nivel de perfeccionamiento, dentro de las limitaciones de la tecnología artesanal. Los sistemas de orientación y regulación se ven completados por me-canismos internos, convirtiendo los molinos de viento en factorías mecanizadas con un alto grado de automatización.

En la segunda mitad del siglo XIX aparece una nueva generación de máqui-nas eólicas, con una concepción de diseño diferente: el "multipala americano", que abrió el camino hacia mejoras en el rendimiento de estas máquinas, que no se produjo realmente hasta principios del siglo XX, cuando se aplicaron al diseño de los rotores las teorías aerodinámicas para usos aeronáuticos.

A lo largo del siglo XX, las aplicaciones basadas en el aprovechamiento del viento fueron declinando, a medida que se hacía más popular el uso del petró-leo. Sin embargo, las sucesivas crisis energéticas, sumadas al crecimiento de la conciencia ambiental, han iniciado un nuevo período en el campo del aprove-chamiento eólico.

Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accio-nada por el viento (turbina eólica). 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 alter-nador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctri-ca. Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o granjas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función de la turbulencia ge-nerada por el movimiento de las palas. Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización, para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.

Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores eólicos comenzó a utilizarse en viviendas aisladas, situadas en zonas ru-rales. En la actualidad, también se han comenzado a desarrollar parques eólicos en el mar, conocidos como offshore, con especial diseño arquitectónico.


En general, las mejores zonas de vientos se encuentran en la costa, debido a las corrientes térmicas entre el mar y la tierra; en las grandes llanuras conti-nentales, por razones parecidas; y en las zonas montañosas, donde se producen efectos de aceleración local.

JUSTIFICACIÓN TÉCNICA DEL GENERADOR

La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Fa-raday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831, y esta-blece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera, con el circuito como borde:

∮ E. dl = - ∫ B.dAsc dld

Ecuación 1

En la Ecuación 1, E es el campo eléctrico, dl es el elemento infinitesimal del contorno C, B es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitra-ria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de dA están determina-das por la regla de la mano derecha.

La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se pueden hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.

Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

∇x E = - ∂t∂B

Ecuación 2


La ecuación 2, es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales constituyen las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La Ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así el electromagnetismo.

En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se trans-forma en:

Vε= - NdtdΦ

Ecuación 3

donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la Ley de Lenz. Esta ley plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponible, con una circunstancia totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponibles en el campo eléctrico.

En el caso del generador que proponemos, se trata de un estator en el que se dispusieron 9 bobinas cerradas de 40 vueltas cada una, formando tres fases, conectadas entre sí de acuerdo a un esquema “estrella”; estas son expuestas a campos magnéticos creados por imanes dispuestos sobre sendos rotores, que giran solidarios por encima y abajo del mencionado estator. Esta disposición de los imanes asegura que la variación del campo magnético sea máxima, dado que, según nos plantea la Ley de Faraday, la inducción será proporcional a la variación del campo.

Dada la Ley de Faraday-Lenz, sobre la inducción de corriente en bobinas cerradas por la variación de un campo magnético, la mejor disposición de los


imanes en los rotores será aquella que maximice la variación. Ello, porque la co-rriente inducida es proporcional a la variación del campo B. Así, se ha decidido disponer los imanes alternando los polos sobre cada rotor y alineando los pares entre los dos rotores. De esa manera se suman los campos entre los dos rotores y varía en 180° entre imanes (tendrá NS y el siguiente SN), entonces, la variación entre el paso de un imán y el siguiente es máxima.

Para medir las revoluciones, se ha medido la frecuencia obtenida entre dos fases cualesquiera. Esta frecuencia multiplicada por 10 nos da las RPM del rotor. Como el rotor está asociado directamente a la hélice, obtendremos la velocidad de giro de la misma.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL PROYECTO

El aerogenerador que proponemos se diseñó teniendo en cuenta el cumpli-miento de los siguientes objetivos:

• Utilizar en su construcción materiales reciclados y/o de fácil obtención en el mercado argentino.

• Construcción económica y sencilla.

• Que sea de fácil montaje en cualquier locación con vientos medios compatibles.

• Poseer una instalación eléctrica de 12/24 V y ofrecer la posibilidad de tra-bajar con un inverter para obtener 220 V.

• Que requiera bajo nivel de mantenimiento.


MATERIALES Y MÉTODOS

A continuación, se describen las características y materiales adoptados para la construcción de cada uno de los componentes del generador de eje vertical.

VOLTAJE

Se estableció la conveniencia de construir el generador con 12V (corriente continua) de salida, debido a que la mayoría de los inversores elevadores de tensión son de 12 V de entrada. Esto se suma a la fácil obtención de baterías de 12 V en el mercado. Teniendo en cuenta que si en la locación no se encuentran disponibles baterías de ciclo profundo, las mismas pueden ser reemplazadas por baterías comunes de vehículos con una pérdida en la vida útil de estas, pero que no alteran el funcionamiento del equipo.

TECNOLOGÍA

En el caso de los generadores de baja potencia, la tendencia es la utilización de alternadores con imanes permanentes. En estos, uno o dos rotores que con-tienen los imanes giran frente a un estator donde se encuentran las bobinas. En general, la disposición de las bobinas es en configuración estrella que genera tres fases desfasadas 120°.

El generador que proponemos es trifásico, de imán permanente con 3 pares de polos, de una potencia estimada en 500 W con una velocidad de viento de 10m/s, arrojando 12 V de salida CC.

RECTIFICADOR

El generador producirá una señal de salida alterna. Se crea, entonces, la necesidad de rectificar esa señal. Para ello utilizaremos un rectificador como el representado en la Figura 1.


Figura 1 – Rectificador trifásico de onda completa.

La señal rectificada es similar a la señal de la corriente continua pura. En cuanto al puente de diodos elegido, es el CSD35/16, el cual fue montado en una plaqueta dentro de un gabinete.

REGULADOR

Se optó por un regulador electrónico de tensión, que entrega una tensión de salida constante de 13,8 Vcc, capaz de mantener cargado un banco de baterías.

INVERSOR

Se eligió un inverter de 1000 W de potencia nominal, que soporta sobrepicos de 1500 W, el mismo es de 12 Vcc de entrada y 220 Vca (corriente alterna) de salida (convierte la corriente continua a corriente alterna y eleva su voltaje dis-minuyendo su corriente).

HÉLICE

Siendo la hélice un elemento central para el diseño del generador, se evalua-ron las características de las diferentes alternativas disponibles. La misma podía ser horizontal (enfrentando al viento) o vertical.

TR

I L

I d

I v

LVvV

dV


En la Figura 2, se puede observar el rendimiento de los diferentes tipos de hélice.

Figura 2 – Rendimiento de los rotores en función de la velocidad de giro. (Tomado de Gol-ding, E. W., The Generation of Electricity by Wind Power, London E. &F. M. Spon Ltd, Halsted Press, 1976).

Para la elección de la hélice se hicieron las siguientes consideraciones:

Las hélices horizontales son de diseño complejo.

Las hélices verticales son de diseño sencillo, con palas simétricas.

Las hélices horizontales requieren instalación a elevada altura sobre el terreno.

Las hélices verticales se ubican a alturas menores, no tienen necesidad de orientarse respecto del viento. Esto significa un movimiento menos (más simpleza y menos mantenimiento).

Por todo esto, se eligió una hélice vertical, tipo Savonius multipala.

Este tipo de hélice presenta menor rendimiento que la horizontal, ya que se estima que una horizontal puede tener un rendimiento de 0.45, mientras que una vertical, menos de 0.38. Este rendimiento se refiere al total entre la energía del viento versus la energía mecánica obtenida. A ello, habrá que sumarle pérdidas

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

001

Multi-bladed

Vertical axisDarrieus

Dutch fourblade type

SavoniusHorizontal axisthree bladed

23 456 7 8


eléctricas y mecánicas. Sin embargo, el precio a pagar por la pérdida de rendi-miento no es grande y se compensa por el ahorro en los estudios avanzados y cos-tosos por elementos finitos, que se deben realizar en el caso de una hélice horizon-tal, además del mayor costo de los materiales necesarios y su mayor complejidad.

De acuerdo a los estudios realizados, la hélice debía tener entre 1 y 2 m de alto y entre 1 y 2 m de diámetro. Es posible escalar estos valores, lo que requeriría un incre-mento de la rigidez estructural. En la Figura 3, vemos el tipo de hélice seleccionado.

Figura 3 – Rotor Savonius modificado, de cinco aspas. (Tomado de www.pacwind.net).

MECÁNICA

El corazón del aerogenerador radica en el conjunto estator/rotores. Estos lle-van en su superficie 24 imanes de neodimio de 50x30x5 mm y, aproximadamente, 12.000 Gauss de intensidad. Dicho valor fue medido con un gaussímetro marca Pasco. Los imanes se colocaron alternadamente sobre cada rotor y alineados en-tre los rotores. La construcción de la base (con parantes que sostienen al estator) y el eje alrededor del cual giran los rotores, permite cierto ajuste de las distancias entre las piezas. Dado que la intensidad del campo magnético disminuye con el cuadrado de la distancia, mantener esta en su mínima expresión es esencial para garantizar la mayor intensidad posible del campo.

El rotor inferior fue realizado con chapa de 2 mm de espesor, mientras que el superior tiene 10 mm. Como consecuencia, el inferior tiene cierta tendencia a ser


atraído por el superior, lo que en la práctica significó una dificultad en calibrar al mínimo la distancia entre rotores y estator. El eje se encuentra colocado dentro de un receptáculo y este sobre una base destinada únicamente a dar soporte a todo el conjunto. La masa del conjunto, a la que van tomados los rotores, también recibe la base de la hélice.

La hélice, de un metro de diámetro y un metro de altura, tiene un esqueleto hecho de perfil tubular de 10x10mm de acero. El esqueleto tiene dos partes si-milares (superior e inferior), con cinco radios y un centro. Los centros entre sí y cada radio están vinculados (inferior y superior) por varillas roscadas y un eje. Todo ese conjunto tiene el solo propósito de dotarlo de rigidez estructural.

Las platinas superior e inferior fueron confeccionadas en polietileno espu-mado de 5mm. Las ranuras donde se alojan las aspas de la hélice fueron cortadas con router cnc (bajo plano). Dichas aspas están hechas de hojas de aluminio, proveyendo liviandad a la estructura. Los materiales utilizados (polietileno es-pumado, la chapa, el perfil tubular del esqueleto y el aluminio) son materiales de rezago, reciclados a tal efecto. El resto de los materiales son de uso común y en algunos casos obtenidos en chatarrerías (por ejemplo el material de la base y ambos rotores). Respecto de la masa y del eje (con sus rodamientos cónicos), son simples puntas de eje, como las utilizadas en cualquier remolque o tráiler.

ESTATOR

El estator, como se dijo, genera corriente alterna en tres fases. La disposi-ción es de 9 bobinas, cada una de 40 espiras en alambre calibre 18, conectadas entre sí con esquema “estrella”. Las mismas están montadas geométricamente a ángulos iguales entre sí y sobre una placa de resina epoxi que las protege.

CONEXIÓN TIPO

El generador va conectado al banco de baterías, a las baterías se conectan los inversores y desde allí se sale a un tablero de maniobra con interruptor termomag-nético e interruptor diferencial. Finalmente, los consumos se conectan al tablero.


FOTOGRAFÍAS DEL PROTOTIPO

Las Figuras 4, 5 y 6, ilustran distintas etapas de trabajo sobre el prototipo desarrollado:

Figura 4 – Prueba de la tensión y forma de onda de salida del generador.

Figura 5 – A la izquierda vemos el esqueleto de la hélice y a la derecha el prototipo terminado.


Figura 6 – Rotor superior.

RESULTADOS OBTENIDOS

PRUEBA DE CAMPO

El 4 de febrero de este año, se realizó una prueba de campo con el generador eólico en las instalaciones del Club Náutico Olivos, que facilitó sus instalaciones para la prueba (Figura 7). Ese día, medido en el pilote NORDEN (Riovia SA), la intensidad del viento fue de 12 km / hora. Estimamos que en el lugar de prueba había entre 4 y 8 km / hora de velocidad del viento, con dirección NE.

Si bien el viento era leve, tan pronto se colocó el aerogenerador en el lugar designado, este comenzó a girar a una velocidad estimada entre 50 y 80 RPM. La experiencia se extendió entre las 10.30hs y las 12.30hs, período durante el cual el generador se comportó consistentemente.


Figura 7 – Locación de la prueba de campo.

En esas condiciones, y de acuerdo a lo que era posible anticipar, el equipo generaba alrededor de 2 V, medición realizada aguas abajo del regulador de ten-sión. Dado que, de acuerdo a las hojas de datos, en el regulador caen aproxima-damente 1.4 V, este resultado es compatible con 3,4V de salida alterna.

La estructura de la hélice se apreció un poco débil, si bien no falló en ningún momento. Debido a esto, proyectamos introducir cambios en el diseño estructu-ral de la misma en la próxima etapa del proyecto.

PRUEBA DE LABORATORIO

De las primeras mediciones, realizadas en el laboratorio, girando las aspas del generador por acción manual, hemos obtenido los valores que refleja la Tabla 1.

Tabla 1 – Prueba de laboratorio del generador.

RM V

90 3,6

120 4,4

150 6

180 10

200 12,3


Los resultados de las pruebas de campo y laboratorio del prototipo, han puesto de manifiesto la necesidad de introducir las siguientes mejoras al cons-truir el producto final:

1. Se han utilizado 24 imanes (12 por rotor separados por una diferencia an-gular de 30°). Hay espacio en los rotores para aumentar el tamaño de los imanes, aumentando de esa manera el campo magnético. Ello redundará proporcionalmente en mayor generación a menores revoluciones.

2. La falta de rigidez del rotor inferior es un defecto que habría que solucio-nar para la puesta en marcha de un producto en serie. Los rotores deben ser iguales, modificando su peso y material.

3. Es necesario fortalecer la estructura de la hélice para que sea capaz de resistir sin problemas vientos de hasta 40 km/h.

4. Lograr una terminación superficial más plana del estator ayudará a redu-cir la distancia entre rotores y estator a un valor mínimo.

EVALUACIÓN Y FACTIBILIDAD DEL PROYECTO

La Argentina tiene en cerca del 70% de su territorio vientos cuya velocidad me-dia anual, medida a 50 metros de altura sobre el nivel del suelo, supera los 6 m/s. La costa atlántica de la provincia de Buenos Aires tiene vientos superiores a los 7 m/s.

Vastas zonas en la Patagonia media y sur cuentan con velocidades promedio que superan los 9 m/s y hasta 12 m/s. Por lo general, las granjas eólicas on-shore en Europa se encuentran en sitios con promedios de vientos del orden de 7 m/s. Por lo que la Argentina cuenta con un gran recurso natural para aprovechar.

Existen también otras regiones en la Argentina con vientos de intensidades medias de entre 7 y 10 m/s, no solo en la costa atlántica de la provincia de Buenos Aires, sino también en varias provincias centrales.


CÁLCULO DEL CONSUMO ELÉCTRICO PROMEDIO DE UN HOGAR O ESCUELA RURAL

Tabla 2 – Consumos promedios versus generación promedio.

CONSUMOS CANTIDAD POTENCIA (W) HORAS DE USOCONSUMO DIARIO Wh

Alumbrado interior 6 20 6 720

Alumbrado exterior 2 15 3 90

TV 1 250 4 1000

PC 1 180 4 720

Heladera 1 130 8 1040

Pequeños consumos 1 120 2 240

Consumo en Wh 3810

Tiempo consumo prom. 4,5 h

PRODUCCIÓN POTENCIA CANTIDADTIEMPO DE

FUNCIONAMIENTO PROMEDIO

PRODUCCIÓN DIARIA

GENERADOR 500 w 1 8 h 4000 Wh

Si bien el tiempo de consumo promedio del hogar en cuestión es de 4,5 ho-ras, para el uso de un generador naftero, se deben tomar 8 horas mínimo, ya que no tiene acumuladores y en este caso la heladera está en funcionamiento durante ocho horas.

Tabla 3 – Inversiones iniciales de ambos equipos.

ITEM DESCRIPCION COSTO CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

1 Aerogenerador 500w $ 9.500 1 $ 9.500 $ 9.500

2 Base y pedestal $ 1.500 1 $ 1.500 $ 1.500

3 Inversor e instalacion electrica $ 2.500 2 $ 2.500 $ 5.000

4Baterias de ciclo profundo 100 amperes – 900ah

$ 2.100 2 $ 2.100 $ 4.200

Inversion inicial $ 20.200


GENERADOR NAFTERO

ITEM DESCRIPCION COSTO CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

1 Generador naftero 5kva uso continuo $ 9.000 1 $ 9.000 $ 9.000

2Pañol de instalacion y resguardo de combustibles

$ 2.000 1 $ 2.000 $ 2.000

3 Instalacion electrica $ 1.000 1 $ 1.000 $ 1.000

Inversion inicial $ 12.000

Cabe destacar que si bien la inversión inicial del generador eólico es más elevada que la del generador naftero, la vida útil del primero es muy superior, estimándose para el aerogenerador en diez años y para el generador naftero, en cuatro años.

Tabla 4 – Recupero de la inversión con el ahorro en el costo de combustible.

HORAS DE TRABAJOCONSUMO DE COMBUSTIBLE

PRECIO DEL LITRO

TOTAL DIARIO

8 Hs 3 l/h $ 8 $ 192,00

Consumo diario $ 192,00

Consumo mensual $ 5.760,00

Consumo anual estimando $ 69.120,00

Periodo de recupero de la inversion utilizando el ahorro de dinero en combustible

3,5 meses

Este análisis nos brinda la posibilidad de ver que en tres meses y medio re-cuperaremos la inversión inicial, solo con el ahorro del combustible. Por lo tanto, queda probada la viabilidad económica del proyecto.


CONCLUSIONES

Consideramos que los resultados obtenidos durante las pruebas del aero-generador han sido satisfactorios. El diseño, una vez introducidas las mejoras propuestas más arriba, puede aplicarse en la construcción de un producto desti-nado a proveer de energía eléctrica a escuelas e instalaciones rurales, y a comu-nidades alejadas de la red de distribución de energía eléctrica.

El generador vertical de baja potencia propuesto, constituye una alternativa de bajo costo y sustentable, para generar energía limpia y renovable. El impacto positivo derivado del uso de este tipo de sistemas, no solo incidirá sobre el am-biente, también determinará una mejora en la calidad de vida de las comunidades a las que está destinado.



Chase, R.; Jacobs, R.; Aquilano, N. (2009) Administración de operaciones. Producción y cadena de suministros. 12ª Edición. Editorial Mc Graw Hill. México.

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Tipler, P. (2005). Física. Tomo 2. Tercera Edición. Editorial Reverté.

Uribarri, G. (s.f.). Las energías renovables como solución de abastecimiento eléctrico a las escuelas rurales dispersas de la Provincia de Río Negro, Argentina. Disponible en: http://www.ambiente-ecologico.com/revist65/guille65c.htm



AUTOR Marcos Javier AntequeraORIENTADOR Agustín Gabriel Poblet

Universidad Católica ArgentinaIngeniería Civil 5° año


En el presente trabajo se utiliza papel periódico como materia prima para la fabricación limpia de ladrillos térmicos, respondiendo favora-

blemente a la creciente demanda de ahorro de energía, agua y combustibles uti-lizados en la climatización de espacios habitables. De este modo se reducen los costos de mantenimiento y funcionamiento de los mismos, mejorando la calidad de vida de los usuarios, mientras que se protege y conserva el medio ambiente.

Se propone Garabí, en la provincia de Corrientes, como zona de aplicación, ya que los integrantes de dicha comunidad necesitan una salida inmediata a los problemas sociales, económicos y ambientales que afectan la localidad.

Luego de establecer los objetivos del proyecto, el trabajo se desarrolla eva-luando las necesidades en la zona, estudiando los materiales disponibles, dise-ñando el proceso constructivo del ladrillo, realizando ensayos que den sustento técnico, analizando económicamente el proyecto, y luego estableciendo un plan de acción para su aplicación en la comunidad.

Fundado en el principio de la autosustentabilidad, con el ladrillo térmico se busca mejorar la precariedad de la vivienda, integrando a la comunidad a roles productivos con la generación de trabajo y la utilización de materiales reciclados en beneficio del medio ambiente.

AUTOR Marcos Javier AntequeraORIENTADOR Agustín Gabriel Poblet

Universidad Católica ArgentinaIngeniería Civil 5° año


INTRODUCCIÓN

En la realidad argentina se ven viviendas precarias, a veces cuatro chapas y un techo, que cumplen con la finalidad de proteger el interior del viento y la lluvia, pero sin las condiciones mínimas de aislación térmica. La temperatura externa es igual a la interna y como resultado se obtiene un ambiente extremadamente frío en invierno e insoportablemente caluroso en verano. La problemática actual del cambio climático potencia este último aspecto, originando año a año una si-tuación aún peor.

El argentino medio, cuando construye su vivienda entiende que la misma debe tener una vida útil considerable, al menos de 50 años, a diferencia de otras sociedades que renuevan sus casas cada 10 años. En nuestro país la misma debe durar toda la vida, por ello nos impusimos como condición que los posibles siste-mas constructivos adoptados fueran una solución al déficit habitacional y no una salida temporal.

Por tal motivo, entre las consignas básicas se encuentran que la construc-ción de la vivienda debe ser sencilla, fundamentalmente durable y versátil, que genere un hábitat saludable para quienes vivan en ella, con bajo consumo ener-gético y economía al final de su vida útil.

Por otro lado, a pesar de que la práctica de reciclar papel se ha generalizado en la mayoría de los países, la producción y consumo de papel nuevo ha estado creciendo constantemente en los últimos años. En los países más industrializa-dos, los productos de papel constituyen el 40% de toda la basura que va a los basurales o es incinerada.

La mayor ventaja del presente trabajo es el uso de un material reciclable como es el papel periódico, ya que por su producción a gran escala hace el pro-yecto económicamente factible. Se logra construir viviendas del tipo social con un mejor confort, pudiendo reducir el valor de construcción y disponer de la mis-ma en un tiempo menor.


DESTINATARIOS DEL PROYECTO

Garabí es un humilde municipio ubicado en la provincia de Corrientes, dentro del departamento de Santo Tomé

Con una población de 1.300 habitantes, sus principales actividades económi-cas son la forestación, y la agricultura y ganadería en pequeña escala.

Imagen 1 – Ubicación de la ciudad de Garabí dentro de la provincia de Corrientes.

Se elige Garabí como zona de aplicación porque los integrantes de esa co-munidad necesitan una solución inmediata a los problemas sociales, económicos y ambientales que afectan la localidad.

Con el proyecto se busca brindar oportunidades a sus habitantes de cons-truir sus propias viviendas, mejorando su calidad de vida y formando personas para potenciar sus oportunidades laborales. Además, se fortalece la ciudadanía con un progreso en conjunto, cuidando el medio ambiente y enriqueciendo la cultura local.


FINALIDAD DEL PROYECTO

Promover el progreso económico y tecnológico preservando el medio am-biente y el desarrollo de las personas, contribuyendo a su calidad de vida y a la generación de oportunidades de trabajo dignas.


METODOLOGÍA DE APLICACIÓN

METODOLOGÍA DE APLICACIÓN

Gráfico 2 – Diagrama del desarrollo de la metodología de estudio del proyecto

CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS CON LADRILLOS TÉRMICOS UTILIZANDO

PAPEL RECICLADO EN GARABÍ


PASO 1: Establecer objetivos del proyecto

Objetivos:

• Mejorar la precariedad de la vivienda (bienestar del ser humano).

• Integración de la comunidad a roles productivos, generando trabajo (equi-dad social).

• Utilización de materiales reciclados en beneficio del medio ambiente (pre-servación de los recursos naturales).

Parámetros de diseño:

• Sencillez constructiva, para lograr la autoconstrucción con asistencia téc-nica luego de la capacitación de los trabajadores.

• Hábitat saludable, con adecuadas condiciones higrotérmicas y de aisla-ción acústica.

• Versatilidad, con posibilidad de ampliación o modificación de los ambientes.

• Bajo consumo energético, para permitir el ahorro de energía con menor erogación a nivel doméstico, mejorando el comportamiento térmico.

• Economía:

– costos de materiales;– alta eficiencia energética (construcción y vida útil);– bajo mantenimiento utilizando materiales durables;– ahorro de mano de obra con la autoconstrucción;– rapidez de ejecución,– costo al final de su vida útil.

PASO 2: Evaluación de las necesidades en la zona del proyecto

Se identificó como locación posible de este proyecto la localidad de Garabí, en la provincia de Corrientes. En esta zona se han contemplado los déficits habi-tacionales, a lo que se suman condiciones climáticas extremas.

Resumiendo las estadísticas climáticas de zona:


Tabla 1 – Características climáticas de la localidad de Garabí, Corrientes.

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual

T° diaria máxima

(°C)34,2 32,4 29,3 26 22,8 20,6 20,4 23,2 24,1 26,5 28,9 32,4 26,7

T° diaria promedio

(°C)26,7 24,8 23,8 20,7 17,8 15,8 15,5 17,7 18,6 21,2 23.,1 25,7 20,8

T° diaria mínima

(°C)20,9 19,7 18,4 15,5 12,8 10,6 9,5 11,1 13,2 15,9 17,3 19,9 15,4

Precip. total (mm) 166.4 214.3 146.8 218.3 159.2 87.8 118.9 76.4 122.7 246.5 176.8 169 1907.7

Fuente: I.A.N.C: Instituto Agro-técnico Víctor Navajas Centeno.

En esta población de tipo rural, este proyecto permitiría mejorar las condicio-nes de confort de las viviendas que, considerando las características climáticas, no se debe suponer como un lujo sino una necesidad.

Como beneficio adicional, los pobladores de Garabí, al incorporar el conoci-miento de la construcción de ladrillos, podrán incluso fabricarlos para su venta en zonas aledañas. Logrando así, generar nuevos puestos de trabajo incorporán-dose al circuito de la economía regional.

Imagen 2 – Foto de viviendas en la localidad de Garabí, Corrientes.


PASO 3: Evaluación y estudio de materiales disponibles

Los materiales que se utilizan para la construcción de los ladrillos térmicos son cemento, papel, y la posibilidad de incorporar un aditivo.

El cemento es el encargado de proveer de resistencia al ladrillo, que junto al agua actuará como aglomerante. Se prevé la utilización de cemento Portland Normal, de resistencia mínima 40MPa y compuesto principalmente por Clinker, yeso y escoria. Fácilmente se obtiene en comercios del rubro.

Otro material utilizado en este estudio es papel periódico desechado. Según un estudio del World Reseach Institute, en la Argentina el consumo promedio de papel es de, aproximadamente, 80 kg per cápita. Cabe destacar que se estima que el reciclado de papel permite la recuperación de un 85% del material, mientras que el 15% restante se deposita en un basural. Con la aplicación propuesta, se utiliza absolutamente todo el material, permitiendo cerrar el ciclo del reciclado. Tomando como zona de influencia el departamento de Santo Tomé, Corrientes, en la misma se encuentran 61.297 habitantes1. De esta cifra resulta que existe po-tencialmente una disponibilidad de 4.900 toneladas anuales de papel en la región.

Por otra parte, la zona donde se estudia la aplicación del proyecto se carac-teriza por su actividad forestal y derivados. En futuras investigaciones podrían incorporarse, a la dosificación del material, desechos de la industria maderera, potenciando aún más las utilidades. La importancia de utilizar derivados de la madera para este material constructivo, radica en que los mismos se encuentran compuestos principalmente por celulosa, lignina y hemicelulosa. Cada uno de estos componentes confiere al material sus propiedades térmicas, estructurales y físicas.

El aditivo utilizado es un modificador reológico, producido a base de celulo-sa, que aporta propiedades adhesivas y mejora la trabajabilidad. Aspectos im-portantes para el proceso de extrusión. De esta manera se obtiene un producto de gran calidad.

1 Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas 2010 – INDEC


PASO 4: Diseño del método y proceso constructivo del ladrillo

Luego de evaluar las diferentes alternativas, se opta por la cual obtiene la mejor relación calidad-costo, teniendo en cuenta la facilidad y rapidez de la construcción.

Procedimiento:

1. Preparación del papel periódico.

2. Dosificación y mezclado.

3. Método de extrusión para elaboración de ladrillos.

4. Curado y almacenamiento.

1. Para poder extraer la celulosa, el periódico se mantiene 24 h sumergido en agua, para provocar un desprendimiento de partículas. Las mismas luego se tamizan y se utilizan las retenidas entre los tamices IRAM #20 y #40.

Se deja secar la fibra por otras 24 h, o hasta que la misma esté completamente seca.

2. La dosificación se realiza con el peso del material seco; de no tener los ma-teriales en esta condición, debe corregirse el peso por humedad y realizar la consideración cuando se incorpora el agua.

El mezclado se puede realizar de forma manual hasta lograr la homogeneiza-ción de los materiales. Primero se incorporan las partículas de papel con la totalidad del aditivo reológico a base de celulosa, y una vez con la mezcla ho-mogénea, se suma el compuesto cementicio hasta lograr la misma condición.

Imagen 3 – Muestras obtenidas luego del proceso de homogeneización.


3. Por la sencillez en su ejecución, se decide elaborar los ladrillos con el método de extrusión. El mismo es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. Luego de la dosificación, se introducen los compo-nentes por la tolva del sistema de alimentación y mediante el tornillo se mezcla, logrando una composición uniforme que se compacta extrayendo el material por el extremo del extrusor y cortándolos manualmente con la longitud de diseño.

Gráfico 3 – Diseño genérico de un extrusor.

4. El proceso de curado se realiza a temperatura ambiente durante cinco días, preferentemente al aire libre y al sol, permitiendo la evaporación del agua in-corporada en la fabricación.

Al finalizar el curado, las propiedades mecánicas mejoran notablemente.

El almacenamiento debe estar protegido ante las acciones climáticas desfavo-rables (lluvias y humedad).

Gracias a la disminución de peso unitario, pueden apilarse en mayor cantidad que los ladrillos comunes sobre pallets. Esto permite una mejor distribución en el predio de almacenamiento, beneficiando el transporte y pudiendo separar las partidas de fabricación, identificándolas para su posterior distribución.

Caja redecturoTolva de alimentación

Camisa calefaccionada

Torenilo sin finMotor eléctrico

Cabezal de extrusión


PASO 5: Ensayos mecánicos y térmicos

Para los ensayos se dosificaron ocho partidas de ladrillos térmicos variando los porcentajes de papel incorporado.

Se fabricaron de dimensiones

Largo 26 cm

Alto 6 cm

Ancho 13 cm

Imagen 4 – Ladrillo térmico con dimensiones de ensayo.

Resistencia a la compresión:

Es el esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo cargas de aplas-tamiento. Se ensayaron ladrillos térmicos con diferentes composiciones de papel reciclado para evaluar el contenido óptimo para cumplir los requisitos de la nor-ma IRAM 12566 para ladrillos Portantes (5MPa) y No Portantes (2,5MPa).

Gráfico 4 – Resistencia a la compresión en función del porcentaje de papel en la mezcla.

13 cm26 cm

6 cm


Es decir, que para muros portantes el porcentaje máximo de papel en la dosi-ficación es del 40 % y para muros interiores (no portantes) el valor se eleva hasta el 85 %.

Conductividad térmica (λ): Es una propiedad física del material que mide la capacidad de conducción de calor. Se determinó mediante el método de placa caliente con placa de guarda (ASTM C 177, IRAM 11559) sobre un ladrillo con 80% de papel, con densidad 860 kg/m3 a 25,3 °C, y se obtuvo un muy bajo valor de con-ductividad térmica: = 0,25 W/m°C, que indica un mejor comportamiento térmico del material respecto de otros utilizados para cerramiento como son:

Hormigón (2400 kg/m3) 1,63 W/m°C

Ladrillo común (1600 kg/m3) 0,81 W/m°C

Madera dura (1200 kg/m3) 0,34 W/m°C

Imagen 5 – Foto de la variación de temperatura en los ladrillos ensayados.

Resistencia térmica (R):

Representa la capacidad del material de oponerse al flujo de calor. Cuanto mayor es R, mayor será el confort interior de la vivienda y menores serán los gastos de energía. Se mide como la inversa de la conductividad térmica: R = 1/ λ.


Gráfico 5 – Valores comparativos de resistencia térmica para diferentes materiales.

Tabla 2 – Resumen de las características del ladrillo térmico ensayadas con 80 % de papel.

CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS Y MECÁNICAS(80 % de papel periódico incorporado)

CARACTERÍSTICAS VALOR UNIDAD

Peso 1,74 kg

Densidad 860 kg/m3

Resistencia Mecánica 2,80 MPa

Resistencia Térmica 4,00 W / m °C

Conductividad Térmica 0,25 m °C / W

Análisis:

Con los resultados obtenidos en estos ensayos, se observa que el contenido de 80% de papel periódico en la dosificación tiene un excelente comportamiento, y los ladrillos pueden ser utilizados en muros interiores no portantes, permitiendo conservar la temperatura de los aparatos de climatización por mucho más tiempo.


PASO 6: Análisis económico del proyecto

Para la evaluación económica del proyecto se deben tener en cuenta dos momentos particulares durante la vida de la vivienda. Por un lado, el monto ne-cesario para la construcción y por otro, los gastos durante su utilización. Para realizar este análisis se toma como ejemplo una vivienda “tipo”, desarrollada es-pecialmente para este trabajo, la cual se ilustra a continuación. Se compara la alternativa de construirla con ladrillos fabricados con papel reciclado, frente a la opción de utilizar ladrillos rojos comunes.

La vivienda indicada posee una superficie de 68 m2, con 140 m2 de pared. De estas cifras se desprende que son necesarios 6.250 ladrillos de la medida ensa-yada, teniendo en cuenta 2 cm de mortero.

8.00

3.75 3.35

9.50

2.00

3.45

3.45


Respecto a los costos de construcción, las variables más relevantes son: el precio de los materiales y de la mano de obra. El volumen de material necesario para construir la vivienda se considera el mismo, pero debido al componente de material reciclado en el ladrillo térmico, se origina un ahorro de más del 30 %.

Teniendo en cuenta costos de materia prima y fabricación, se calcula un valor de venta comercial del ladrillo térmico en $ 1,50.

Tabla 3 – Comparativo de precios, ladrillos necesarios para la vivienda propuesta.

CANTIDAD PRECIO X U. TOTAL AHORRO

Ladrillo común 6.250 $ 2,20 $ 13.750$ 4.375 31,82 %

Ladrillo térmico 6.250 $ 1,50 $ 9.375

Por otra parte, como se mencionó anteriormente, el material propuesto para este proyecto es más liviano, lo que genera un mayor rendimiento en la coloca-ción, al ser más manejable por quien ejecute la construcción de la pared. Este aspecto redunda en un ahorro de tiempo de ejecución del orden del 20%, signifi-cando una disminución del costo de mano de obra.

Con menor peso unitario, se puede transportar mayor cantidad de ladrillos por viaje, reduciendo el transporte interno en la obra. Además, con menor esfuer-zo físico por ladrillo, aumenta la productividad, ya que luego de varias horas de trabajo, el obrero se encuentra menos cansado y puede continuar con un ritmo similar al del inicio de la jornada laboral.

Tabla 4 – Comparativo de precios, horas hombre para la colocación de ladrillos.

H/HOMBRE PRECIO H TOTAL AHORRO

Ladrillo común 230 $ 32,00 $ 7.360$ 1.472 20%

Ladrillo térmico 184 $ 32,00 $ 5.888

Realizando una evaluación energética de acuerdo a la Norma IRAM 11604, que trata sobre el comportamiento térmico, se obtiene el coeficiente volumétrico de pér-didas de calor G (W/m3K). Este coeficiente es función de la capacidad de transmitir el calor que tiene el edificio, y las pérdidas por infiltraciones de aire, principalmente.


Debido a que el ladrillo térmico posee mejores propiedades térmicas, el coeficiente G, es 30 % menor con respecto a una vivienda con las mismas características pero construida con ladrillos comunes. Este resultado repercute directamente en los costos de climatización de la vivienda, permitiendo una reducción en esa misma proporción.

Tabla 5 – Comparativo de precios, consumo energético de la vivienda propuesta.

G(W/M3K) MENSUAL ANUAL AHORRO ANUAL

Ladrillo común 1,77 $ 52,20 $ 626$ 187 30%

Ladrillo térmico 1,24 $ 36,60 $ 439

En síntesis, el ahorro conseguido por utilizar el material propuesto, permite demostrar la viabilidad económica del proyecto.

PASO 7: Plan de acción para la implementación del proyecto en Garabí

La idea del proyecto contempla también la organización y formación de los trabajadores para lograr un mejor rendimiento y que rápidamente puedan inser-tarse en el ambiente laboral.

Para maximizar el impacto social, consideramos que la mejor forma de im-plementación es la fabricación de los ladrillos para la construcción de viviendas sociales; pudiéndose destinar un porcentaje de la producción a la venta comer-cial, y que esta autofinancie los bloques utilizados para mejorar los hogares de quienes más lo necesitan.

En una primera instancia se prevé la conformación de una cooperativa que nuclee a los trabajadores de esta nueva fábrica y gestione la fabricación, venta y distribución de los ladrillos térmicos. Para ello, es de gran importancia contar con el apoyo de la Municipalidad y, sin dudas, la participación de empresas que aporten el sustento económico que permita desde el comienzo la instalación de la fábrica con todos los materiales necesarios para el correcto desempeño de la misma.

Una vez reunidos los fondos, se comprará una extrusora, aunque puede eva-luarse la propia fabricación de la misma, de contar con los medios necesarios, reduciendo así el costo de inversión notablemente. También la adquisición de herramientas, equipos de protección personal, etc. Y la conformación de un stock inicial de cemento Portland y el aditivo reológico.


Para la recolección de papel, se apela a la cooperación vecinal y regional, apuntando a que todo el papel periódico se reutilice y tenga como destino la ela-boración de ladrillos.

Debe capacitarse a los trabajadores, tanto en la fabricación de los bloques como en la selección y preparación del material, la logística para el almacena-miento y la comercialización inclusive.

Plan de mejora de la vivienda en Garabí:

Como valor agregado al proyecto, se diseñó un modelo de vivienda “tipo” para cubrir con las deficiencias habitacionales que hoy en día afrontan los habi-tantes de Garabí.

Actualmente, las familias más afectadas están compuestas, en promedio, por seis personas que viven en un monoambiente. Comparten el espacio y, mu-chas veces, hasta se turnan para dormir en la misma cama.

Se planteó una vivienda de 68 m2 con tres dormitorios, cocina y un baño com-pleto. De esta manera se crea un espacio con condiciones habitacionales a la altura de las necesidades de quienes lo habiten.

Gráfico 6 – Vista 3D del modelo de vivienda social diseñado para el plan de mejora de la vivienda con ladrillos térmicos en Garabí, Corrientes.


CONCLUSIONES Y RESULTADOS ESPERADOS

Se desarrolló un proyecto fundado en la Autosustentabilidad, enfocado ob-jetivamente en el fortalecimiento de la sociedad, mejorando su calidad de vida, la formación de personas generando oportunidades laborales, protegiendo a la vez el medio ambiente y la cultura local.

BENEFICIOS DEL LADRILLO TÉRMICO:

• Reduce en un 30% los costos de la energía para climatización por su baja transmitancia térmica. Mayor confort y ahorro energético.

• Es compatible con cualquier tipo de recubrimiento exterior o interior, sin requerir especificación especial para su aplicación.

• Ideal para muros interiores, ya que su resistencia térmica permite conser-var por más tiempo la temperatura de la vivienda.

• Utiliza material reciclado, reduciendo los costos de fabricación y prote-giendo el medio ambiente.

• Al no precisar cocción para lograr resistencias mecánicas admisibles, se reducen las emisiones y el consumo de combustible utilizado en di-cho proceso.

• La utilización de ladrillos livianos favorece a la mano de obra y mejora su ren-dimiento, ya que se reducen los esfuerzos para su transporte y colocación.

• La posibilidad de la autoconstrucción, brinda la oportunidad de ser utili-zado incluso por mujeres, para que formen parte de la construcción de su propia vivienda.

• Se utiliza el 100 % del papel periódico, a diferencia del proceso normal de reciclado de papel en el cual se reutiliza el 85 %, y el 15 % restante es desechado por ineficiencias propias del proceso.

• Por su facilidad en el proceso constructivo y acceso a la materia prima, otorga una rápida oportunidad laboral para la fabricación de ladrillos para su venta.


Con la implementación de este proyecto se puede lograr:

• Impulsar el DESARROLLO ECONÓMICO, para la comunidad de Garabí y sus alrededores, brindando una alternativa económicamente viable para la autoconstrucción de sus viviendas a un costo menor.

• Estimular el DESARROLLO SOCIAL, con la creación de oportunidades de trabajo para los habitantes de la región, obteniendo un acceso a un sueldo digno para posibilitar el desarrollo de las generaciones futuras.

• Promover la PRESERVACIÓN AMBIENTAL con el uso de material recicla-do, utilizando una tecnología innovadora limpia, reduciendo los residuos y protegiendo los recursos naturales.

• Incentivar la DIVERSIDAD CULTURAL, integrando a comunidades aisladas al sistema económico, respetando sus culturas y brindando un acceso al desarrollo personal y social.

• Fomentar la PARTICIPACIÓN de las instituciones políticas, educativas y privadas para impulsar el Desarrollo Sustentable de la región.

Gráfico 7 – Ejes del compromiso con la Responsabilidad Social Empresaria y la Sustenta-bilidad, Constructora Odebrecht.



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SOL Y DAR, Y DAR AGUA

AUTOR Federico Emanuel Moyano ORIENTADOR Fabián Lorenzo Venier

Universidad Nacional de Río CuartoIngeniería Mecánica 5° año


La escasa y desigual distribución de agua apta para el consumo humano es una problemática que afecta a múltiples sectores en todo el mundo.

En la Argentina, esta situación no deja de ser importante, sumada al deficiente acceso a los demás servicios (electricidad o gas, los cuales podrían brindar una alternativa para obtener agua potable), por lo que muchos grupos poblacionales de nuestro país se encuentran totalmente privados del acceso a esta fuente in-dispensable para el desarrollo de la vida.

En este trabajo se presenta la situación que les toca afrontar a varios parajes y pueblos de la zona noroeste de San Luis, donde el acceso a una fuente de agua potable es insuficiente y la que utilizan para consumo posee una baja calidad, lo cual puede producir múltiples enfermedades y problemas al organismo, entre los cuales se encuentra el cáncer.

Haciendo frente a esta problemática es que se propone la utilización del sol como una potencial fuente de energía renovable no contaminante, usando des-tiladores solares asistidos. La utilización de esta tecnología frente a otras más costosas e imposibles de ubicar en regiones como estas, nos lleva a proponer un sistema de desalinización del agua, de bajo costo y fácil mantenimiento por parte de los futuros usuarios.


INTRODUCCIÓN

Aunque el agua abunda en la Tierra, aquella de utilidad para consumo huma-no es escasa, ya que solamente el 2,5 % del total es agua dulce. Aún así, de este pequeño porcentaje, el 30,1 % es subterránea y el 69,5 % se presenta en forma de hielo y glaciares. Del 0,4 % restante, se debe descontar la humedad del suelo y atmósfera, dando como resultado que lo accesible en superficie es realmente ínfimo, y más aún en zonas alejadas de estas fuentes.

Este recurso, si bien es renovable, es finito a escala humana en algunos ám-bitos, y altamente vulnerable a contaminarse en determinadas situaciones por ser un solvente excepcionalmente bueno. Este, a veces llamado “solvente uni-versal”, puede disolver casi todas las sustancias, dados los tiempos suficientes, aún en pequeñas cantidades. Algunas sustancias son muy solubles, por ejemplo la sal común o sal de mesa.

El agua puede naturalmente poseer mala calidad si al circular por los sedi-mentos o rocas toma algunos elementos químicos que, disueltos en la misma, se encuentren por encima de los límites de aptitud establecidos. En esos casos, dichas impurezas resultarán tóxicas para la salud.

El Código Alimentario Argentino (CAA) admite hasta 1,5 g/l de sales totales disueltas en agua, y vemos que en el noroeste de San Luis, existen varias locali-dades, como La Chañarienta o Hualfarán, en donde el agua posee mínimo 4 g/l, lo que indica que estas zonas tienen graves problemas para acceder a fuentes de agua seguras.

En algunos casos, incluso, se constata la presencia de sustancias nocivas para la salud, como el arsénico.

Las tecnologías convencionales como la cloración, sólo sirven para des-infectar dichas aguas, pero no para desalinizarlas. Los ablandadores de agua, bajan la dureza de las mismas, pero no extraen metales ni las desinfectan. Otras poblaciones usan el método de ósmosis inversa, que solamente desaliniza las aguas pero no las desinfecta ni extrae la contaminación producida por pesticidas


y agroquímicos, aparte de ser un método muy costoso para su operación, ya que necesita entre 21,6 y 36 MJ/ m3 de aporte energético. Por lo tanto, un sistema de desalinización que no use dicha energía, como es el caso de la destilación solar, tendrá numerosas ventajas, tanto en zonas desérticas como en lugares en que el agua disponible es de baja calidad y el acceso a otros métodos de purificación es muy oneroso.

Desde el punto de vista ambiental, los destiladores solares no requieren energías convencionales (como la eléctrica). Pueden producir agua destilada de alta calidad y solo requieren del agua que van a procesar, ya que el medio ambiente cumple la función de refrigerar el condensador, a diferencia de otros dispositivos que derrochan grandes cantidades de agua para ese propósito. Sin embargo, los dispositivos existentes poseen limitaciones que se deben superar para aprovechar al máximo sus ventajas.

DESARROLLO

OBJETIVO GENERAL

Proveer de agua apta para el consumo humano a sectores marginales.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Proponer la utilización de destiladores solares como potencial productor de agua apta para el consumo humano.

• Utilizar el sol como una fuente renovable y disponible a grandes escalas.

• Capacitar y concientizar a las personas sobre la utilización de los disposi-tivos solares y las ventajas que pueden lograrse con estos.

• Impulsar la utilización de fuentes de energía renovables en todos los sec-tores de la sociedad.

• Hacer un análisis económico para demostrar su viabilidad y conveniencia frente a otros productos similares.


IDENTIFICACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA

Como ya se mencionó anteriormente, solo una parte muy pequeña del agua en el planeta es apta para el consumo humano, y esto, sumado a su acceso des-igual, puede provocar situaciones en las que el agua sea apta para el consumo humano en determinada zona y que a pocos kilómetros de allí, esto sea imposible. Dicha situación, en la Argentina, no deja de ser importante, y muchas veces se torna sumamente problemático cuando numerosas personas se ven privadas del acceso a una fuente de agua potable que cubra sus necesidades básicas.

Algunas veces se puede recurrir a métodos opcionales, mediante los cuales se pueda proveer agua proveniente de poblados cercanos, sin embargo, otras veces esto resulta difícil o muy costoso, al igual que la instalación de equipos de potabilización exclusivamente para poblados muy pequeños.

A continuación describiremos la situación que les toca afrontar a numerosos parajes y pequeños pueblos del noroeste de la provincia de San Luis, donde el acceso a aguas aptas para el consumo es sumamente bajo.

En la Figura 1 se observan los parajes en los que se pretende realizar el pro-yecto: Naranjo Esquina, Represa del Carmen, Las Lagunitas y Cabeza de Vaca, adonde se llega a través de la Estancia Los Araditos, en el Km 862 de la ruta na-cional 147. Siguiendo por la ruta hacia el norte, en el Km 880, aproximadamente, está San Vicente y, hacia el sur, San Pedro, en el Km 560.

En el Km 901 está la comunidad de San Antonio, donde funciona una Unión Vecinal, un Centro de Salud, una escuela, una capilla y un salón comunitario en construcción.

En el Km 906 está la entrada a Santa Rita y el Valle; el paraje tiene una es-cuela en desuso y no hay niños, salvo cuando van a visitar a sus abuelos. La población es en general longeva y es difícil trabajar en grupo comunitario, salvo con el grupo de las hilanderas y tejedoras que pertenecen a la asociación Manos Sabias del Desierto. En general, en esta zona hay muchos pobladores rurales que se dedican a la elaboración de artesanías (cueros, madera, alfarería, telares).


Figura 1. Localización de los parajes y poblados en los que se pretende realizar el proyecto.

CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA1

Existen dos cordones montañosos de tipo bajo, al noroeste, las Sierras Las Quijadas y al centro- este, Las Sierras del Gigante, que comprende el mismo ple-gamiento y es continuidad de los sistemas de Talampaya (La Rioja) y de Ichiqua-lasto (San Juan). El tipo de suelo es franco arenoso, combinado con tierra colora-da y formaciones rocosas de origen volcánico de poca consistencia, que es muy frágil a la erosión hídrica y eólica pero que resulta más afectada por la primera, por sistemas de escorrentías.

En las Sierras de las Quijadas se encuentra el Parque Nacional Sierras de las Quijadas, creado en el año 1991, y en las Sierras del Gigante funciona la cemente-ra Avellaneda, de la cual no se cuenta con datos sobre la cantidad de empleados que tiene, pero se sabe que trabaja las 24 horas los 365 días del año; en la base

1 Información brindada por Subsecretaría de Agricultura Familiar, Delegación San Luis.


de este sistema se encuentra enclavada la población de La Calera de, aproxima-damente, unos 600 - 700 habitantes.

En la zona hay varias estancias, entre las que se encuentra Lomas Blancas de Belgrano Rawson; estos campos son de pastizales naturales de calidad re-gular. Se hace un manejo rotativo de las pasturas y se brindan charlas de ase-soramiento a los productores de la zona, tratando de inculcar conceptos como “campos de clausura” y “parcelamiento” de los potreros. En el resto de las es-tancias hay generalmente pastizales naturales de muy baja calidad, implantación de pasturas megatérmicas, también con mal manejo y sobrepastoreo. Todo esto se ve agravado en la situación de los pequeños productores de todo el noroeste de la provincia, donde se llega al extremo de los peladales, producto de la com-binación de factores humanos de mal manejo y climáticos, como sequías, vientos intensos y bajo régimen de lluvias, que en general son de unos 200/250 milímetros por año en toda la región y llegan a un extremo de 100 mm en el oeste del parque. Las lluvias ocurren en un periodo muy corto estival, con gran intensidad, sien-do breves y torrenciales. Éstas luego circulan por escorrentías que desembocan en represas construidas con maquinaria pesada, que dejan una entrada para el agua, y en el resto de los lados se encuentran terraplenes de tierra, lo suficiente-mente anchos y altos como para evitar las filtraciones del agua acumulada. Esta es la fuente de agua con la que cuentan todo el año, que destinan a consumo animal y, eventualmente, para el consumo humano.

En algunos casos existe recolección de techos, y se acumula en tachos de 200 litros o piletas de cemento para el consumo humano. Hay una gran parte de los habitantes de Ayacucho - Belgrano que compran el agua para consumo hogareño a municipalidades y pozos públicos -por ejemplo, Tres Lomas-, adminis-trados por una Comisión de Agua.

Uno de los riesgos del agua de las perforaciones es la alta concentración de arsénico, la cual es nociva para el organismo. Las napas se encuentran a 100 metros o más.

La mayoría de las perforaciones de la provincia datan de mediados de las décadas del ‘40 y ’50, y fueron realizadas por Vialidad Nacional y luego cedidas a la provincia, que no se ha encargado de mantener o renovar adecuadamente


las distintas fuentes acuíferas. Hoy el servicio de agua está en manos de una empresa llamada San Luis Agua, la que en sociedad con el Estado provincial, se encarga de la recaudación y control de los pozos en funcionamiento, pero no están haciendo ningún tipo de obra en lo que se refiere a la recuperación de los pozos y acondicionamiento de los mismos. Los únicos campos donde se han dado autorizaciones para realizar nuevas perforaciones pertenecen a empresas grandes que, incluso, muchas de ellas no son de esta provincia y no promueven ningún tipo de desarrollo económico ni productivo para la localidad.

Todas estas medidas van en detrimento de las actividades productivas de los campesinos con economías de subsistencia, y tienden a debilitar las economías regionales con una fuerte tendencia al desarraigo migratorio, sobre todo, de los jóvenes y adolescentes que buscan otros horizontes aventurándose a la ciudad en busca de estudio y trabajo que escasean en la zona.

La vegetación predominante es el monte y la mayor parte jarilla; en otro or-den de importancia, algarrobo, quebracho y blanco, espinillo (clásico monte espi-noso), pastizales naturales de muy baja calidad y baja palatabilidad.

Es de destacar, también, que el agua en la zona es engordadora, con rangos que van de 2 a 3,5 g/litro de sales (datos Belgrano Rawson), lo que favorece la alimentación del ganado.

Como actividad económica principal se encuentra la ganadería de cría bovina, y le sigue en orden de importancia la caprina. Entre los departamentos de Ayacucho y Belgrano se encuentra más de la mitad de la existencia caprina de la provincia, aproximadamente, 44.000 cabezas y, además, cuentan con 500.000 cabezas bovinas.

Desde el Km 916 al 922 están los pobladores de Tres Lomas y Hualfarán; en este último paraje se halla el ingreso al Parque Nacional Sierras de las Quijadas, cuyos empleados, en un 70 %, son pobladores de la zona.

Con respecto a la disponibilidad solar, aspecto muy importante debido a las características del proyecto, contamos con valores promedio de 6 kwh/m2 de irradiación en los meses de verano, mientas que en los meses de invierno van desde 2,5 hasta 4,5 kwh/m2. Además, contamos con valores de heliofanía, que están entre 8 y 9 horas de sol en verano y de 5 a 7 horas de sol en invierno. Estos datos son similares a los registrados en la zona de Río Cuarto, donde fueron ensa-


yados los dispositivos que serán propuestos como solución, por lo cual se puede presuponer que su funcionamiento será el adecuado.

SERVICIOS

Entre el kilómetro 902 hasta La Chañarienta, que es el empalme de las rutas 147 y 20, no hay servicio de luz eléctrica.

La red troncal de acueductos se extiende hacia el norte y los ramales se di-rigen a las Lagunitas y La Estancia Benetti, dejando desprovistos de este servicio a los demás parajes y poblados que se encuentran por la ruta 147.

Tampoco se cuenta con gas natural, y existen escasos expendedores de gas envasado, que en la mayoría de los hogares se usa para heladeras y freezers. Para calefaccionar y cocinar se usa principalmente leña de jarilla. En esta zona tampoco se posee señal telefónica. En Cabeza de Vaca se comunican con Nextel, en Las Lagunitas, San Antonio y Hualfarán se comunican a través de la escuela, por la autopista de la información, cuya base es la Universidad de La Punta.

Las escuelas de la zona cuentan con aerogeneradores que las proveen de energía eléctrica y complementan con grupos electrógenos, siendo el inconve-niente el límite de potencia para algunos electrodomésticos.

Desde la provincia han provisto de pantallas solares para hogares, pero no es una cobertura total.

Las escuelas de las zonas están en Naranjo Esquino, Represa del Carmen,

San Antonio, Las Lagunitas, Buen Orden, Hualfarán, Santa Rosa Cantantal apa-drinada por la Policía Federal, y otra escuela en la ruta 20 que es apadrinada por Vialidad Nacional.

SALUD

En lo que respecta a la salud las falencias son realmente desesperantes, sobre todo en el sector más occidental del departamento (por la ruta 147 que se dirige a San Juan desde San Luis capital hasta La Tranca, que es el límite con dicha provincia), donde no se cuenta con servicio médico.


En La Calera se cuenta con una ambulancia sin médico, con agentes sani-tarios que no son enfermeros, ni empíricos ni de profesión. Estos agentes tienen escasa instrucción, pero muy buena predisposición para la atención.

Por la ruta Nº 20, que tiene un recorrido desde la Chañarienta hasta Luján (103 Km), tampoco se cuenta con ningún tipo de servicio.

PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO

ANTECEDENTES

Los destiladores solares de batea son utilizados desde el siglo XVII y prácti-camente no han cambiado, salvo mejoras en la construcción y en los materiales usados. Los mismos están constituidos normalmente por una batea aislada térmi-camente en su base y en los laterales, que contiene el agua a desalinizar en su interior. Estas poseen una cubierta vidriada, la cual deja pasar la luz solar incidente pero se comporta de manera opaca a la radiación infrarroja emitida por el agua a destilar, ubicada en la batea, y no deja escapar la misma. A medida que se calienta, el agua comienza a evaporarse. El vapor de agua asciende, se condensa en la cara inferior del techo vidriado y se colecta a través de canaletas ubicadas para tal fin.

Los destiladores de batea simple tienen una producción aproximada de 4 litros por metro cuadrado de batea durante el período de verano, y menos de un litro durante el invierno. Debido a esta baja productividad es que se desarrollan métodos para aumentar su eficacia, como asistirlos con colectores solares.

El destilador solar posee una capacidad de remoción del 99 % de sales (to-mándose valores de conductancia de 1 microsiemens, a partir de agua de alimen-tación con valores superiores a los 300 microsiemens), nitratos y fluorados, así como también otros contaminantes como arsénico, molibdeno y selenio. También extrae con eficacia el 99,9 % de bacterias del tipo coliformes (Hanson et. Al 2003), lo que demuestra que este destilador puede producir aguas de alta calidad a


partir de fuentes de muy baja calidad y a muy bajo costo y mantenimiento. Debe observarse que no ocurre lo mismo cuando la contaminación proviene de agro-químicos y pesticidas, puesto que estos contienen componentes orgánicos muy volátiles y pueden ser arrastrados en parte por el destilado. En estos casos, cuan-do se sospecha que puede existir contaminación de este tipo, se debería hacer un tratamiento previo para eliminarlos, por ejemplo, usando filtros de carbón.

En los últimos años, en tareas conjuntas entre el Laboratorio de Energía So-lar (LES) de la Universidad Nacional de San Luis y el Grupo de Energía Solar (GES) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Río Cuarto, se han realizado múltiples investigaciones sobre destiladores solares, obteniéndose re-sultados alentadores, los cuales se resumen a continuación.

En una primera etapa, en el año 2006 se abordó experimentalmente en la Uni-versidad Nacional de Río Cuarto, a través del GES, la posibilidad de un aumento en la producción de destiladores solares, al asistirlos con sistemas solares auxi-liares de precalentamiento del agua de la batea.

Allí se pudo apreciar la gran ventaja, en cuanto a producción se refiere, del precalentamiento del agua al ingresar al destilador, pues algunas mediciones in-dicaron casi 10 litros en un día claro del mes de marzo, con el destilador asistido con colectores.

En algunos meses de invierno, se llegó casi a quintuplicar la producción de un destilador básico, utilizando colectores solares planos para precalentar el agua de la batea. En los meses en los que la radiación solar dura más horas, dicha relación es menor, debido a que el destilador básico trabaja durante más horas al día.

Luego, en el año 2007, se logró medir experimentalmente la producción ins-tantánea de destiladores solares asistidos con sistemas auxiliares solares de precalentamiento del agua de la batea, para ser comparados con un destilador del tipo básico, al que también se le midió su producción durante las 24 h del día, mediante el pesaje del destilado producido por medio de balanzas comerciales adaptadas para tal fin.

Con los ensayos realizados se demostró que es posible incrementar la produc-ción de un destilador solar de batea aumentando la temperatura del agua del mismo.


La producción de destiladores solares asistidos térmicamente no se reduce solamente al período en que existe radiación, sino que dicha producción conti-núa durante gran parte de las horas sin sol.

A partir de los resultados obtenidos, se observa en el destilador básico (DB), un aumento en la producción cuanto mayor es la diferencia de temperaturas en-tre batea y cubierta.

Se puede apreciar que el destilador asistido con colectores planos normal-mente duplica la producción horaria del DB durante las horas de sol, y que llega a triplicar esos valores durante el resto del día.

En 2008 se calcularon las eficiencias del destilador de batea básico y del asisti-do con dos colectores solares planos, con las mismas características constructivas.

Con datos medidos y registrados cada 5 minutos y durante cuatro meses, se calcularon y compararon los rendimientos térmicos en diferentes condiciones at-mosféricas. Utilizando estos datos y otros registrados de experiencias anteriores, se buscó mejorar la producción de los mismos. Los resultados mostraron la de-pendencia del comportamiento diario, no solamente por las condiciones climáticas reinantes, sino también respecto de las condiciones del día anterior. También se observa en el destilador asistido una disminución en su rendimiento, debido a la eficiencia de los colectores solares auxiliares. Obteniéndose rendimientos de entre el 36 % y el 38 % en destiladores de batea simple y un rendimiento apenas inferior en los destiladores asistidos con colectores. Durante el 2009 se logró representar mediante una ecuación la producción instantánea horaria de un destilador solar en función de la temperatura alcanzada por el agua de la batea. La misma es:

MD = 0.003* (TB)2 – 0.0048* (TB) + 0.116

Donde MD es la masa de destilado en [kg/h] y TB es la temperatura del agua en la batea en [ºC].

De esta expresión se puede destacar que el término independiente es distinto de cero, lo que indica que la producción no alcanza en ningún momento valores nulos.

En el año 2010 la unidad ensayada fue otra, distinta a la que posee los dos colectores, sin embargo, los resultados obtenidos no dejan de ser importantes y


pueden ser extrapolados a otros destiladores. En aquel trabajo se presentaron las producciones obtenidas de un destilador solar asistido con una resistencia eléctrica para el calentamiento del agua de la batea, de modo de mantener su temperatura constante, minimizando así su influencia, con el fin de obtener una relación entre la producción y la diferencia de temperaturas entre la cubierta vidriada y el agua contenida en el mismo (ΔT).

Con los ensayos realizados, se comprobó que es posible incrementar la pro-ducción de un destilador solar de batea aumentando la diferencia de temperatura entre el agua de la batea y la superficie condensadora.

La producción del destilador solar asistido térmicamente, con aporte de energía eléctrica para mantener constante la temperatura en la batea, aumenta durante el período nocturno.

Una temperatura ambiente baja, hace disminuir la temperatura de la cubierta vidriada, lo que produce una mayor condensación sobre ella y, por lo tanto, un incre-mento de la producción. Este incremento es notorio hasta una diferencia de tempera-tura de 25° C, a partir de este valor, para mayores ΔT la producción se estanca, debido a que el mismo vapor que se condensa sobre la superficie vidriada eleva la tempera-tura de la misma, disminuyendo, en consecuencia, el efecto de condensación.

Se alcanzaron valores de producción medios de 25 l/día, con una temperatu-ra media en la batea de 57 ºC. Por lo tanto, proveerles energía a los destiladores mediante una resistencia sería sumamente provechoso. Sin embargo, esto solo sería posible en regiones con acceso a un buen servicio de electricidad.

DESCRIPCIÓN DEL DISPOSITIVO

Considerando la problemática ya descrita, y basándonos en los buenos re-sultados obtenidos con el destilador solar asistido con colectores, se determinó que ésta sería la mejor solución para resolverla.

También se propone capacitar a las personas que utilizarán dicho artefacto, con la finalidad de que puedan comprender su funcionamiento y realizar ellas mismas el mantenimiento de sus unidades.

Además, se deja en claro que el agua destilada que se obtenga debe ser mezclada con agua sin tratar, para lograr un agua resultante con las proporcio-


nes de sal adecuadas para el organismo, pues ingerir agua destilada puede ge-nerar algunos inconvenientes en el mismo.

Figura 4. Diagrama del destilador solar asistido térmicamente (esquema fuera de escala y partes principales separadas): (I) Batea con acumulador. (II) Cubierta vidriada asimétrica desmontable. (III) Colector solar plano. (IV) Tanque de alimentación y control del nivel de la batea. En (I) son: 2 – tanque cilíndrico, prolongación de la batea. 3 – Aislantes de polietileno expandido. 4 – Manta de material plástico que cubre el fondo de la batea y que vuelca hacia los laterales para cubrir la parte superior de sus aislaciones (el sector del círculo que cubre el cilindro posee perforaciones). 5 – Placa difusora. 6 – Cubierta metálica para la protección del material aislante. 7 – Soporte para elevación y nivelación. En (II) son: A – Cubier-ta de vidrio. B – Moldura de acero inoxidable que contiene el canal colector del destilado, el canal invertido para alojar las placas de soporte y sellado de la cubierta vidriada con la batea. C – Placa compuesta de material aislante (poli-carbonato) que permiten el cierre entre la cubierta vidriada y la batea, encerran-do la atmósfera contenida entre ambas. En (III) son: A – cubierta de policarbona-to celular. B – Receptor – conversor de la radiación solar. C – Aislante térmico (lana de vidrio). D – aislante térmico (polietileno expandido). E – Caja metálica.

Como puede apreciarse en la Figura 4, el destilador está compuesto por una batea con cubierta asimétrica desmontable, de vidrio, de espesor 0.004 m. Esta geometría permite una mayor captación de la radiación solar, siempre y cuando


su eje se encuentre dispuesto en la dirección este-oeste. En estas condiciones, casi toda la radiación solar ingresará al destilador por la placa de vidrio principal.

Su batea rectangular, de 1.2 m x 0.84 m y 0.08 m de alto, está fabricada en acero inoxidable Austenítico de 0.001 m de espesor, recubierta en su parte inte-rior por una manta de PVC de color negro perforada, que permite el paso del agua desde el tanque acumulador a la batea, exponiéndola para ser destilada.

La cubierta vidriada desmontable, está compuesta por una placa de vidrio principal de 1.22 m x 0.84 m, inclinada 21º respecto de la horizontal, que permite el deslizamiento de las gotas de agua destilada sin que se desprenda antes de llegar al canal colector. La placa de vidrio que se ubica en la parte posterior, de 0.84 m x 0.48 m, forma un ángulo aproximado de 80º con respecto a la horizon-tal, de forma tal que durante el periodo estival, cuando el sol alcanza su mayor aproximación al cenit a mediodía, los rayos incidan sobre esta cara y realice un aporte de radiación a la batea. Completan la cubierta, dos laterales de vidrio de forma triangular, pegados entre sí. Esta cubierta de vidrio es adherida, mediante resinas, a un perfil de acero inoxidable que soporta dicha estructura, lo que le confiere estanqueidad al sistema.

Vidro

Canal Colector

PolicarbonatoBatea de Acero Inoxidable

Aislación deTelgopor

Moldura de Inoxidable

Chapa Galvanizada

Figura 5. Corte Transversal de un destilador, se aprecia en detalle el soporte que sirve de base a la cubierta desmontable.


En la Figura 5 se muestra en detalle el soporte de la cubierta. Se observa, desde adentro hacia afuera, el canal colector de agua destilada; el soporte para el vidrio; el encastre para el policarbonato alveolar de 10 cm de alto, que cumple la función de aislante térmico entre la batea y la cubierta desmontable y de brin-dar apoyo a toda la estructura de la cubierta; y en la parte externa, el tramo que guía al agua de lluvia hacia fuera, para evitar que ingrese al destilador y provoque variaciones en el nivel de agua en su interior.

El canal de colección posee una pequeña inclinación hacia atrás, con la fina-lidad de guiar el agua destilada, mediante un conducto, hasta un depósito.

El nivel de agua en la batea se mantiene entre 0.01 a 0.02 m, mediante un flotante.

El tanque acumulador es de acero inoxidable, cuyas medidas son 0.8 m de altura por 0.8 m de diámetro, aislado con 0,01m de polietileno expandido (común-mente llamado telgopor), desmenuzado y forrado con chapa galvanizada. La ba-tea está aislada con una capa de polietileno expandido (también de 0,01m de espesor), tiene en su base una abertura circular de igual diámetro que el tanque, y es por donde se comunican ambas partes, como ya se describió anteriormente, tras pasar la manta de PVC.

La alimentación en este caso es por la parte superior del tanque, justo de-bajo de la batea; el agua ingresa al tanque luego de ser precalentada en dos colectores solares, colocados en paralelo, de placa plana de 2 m2 de superficie cada uno, orientados al norte con un ángulo de inclinación de 45º. Las placas absorbedoras de dichos colectores poseen una superficie selectiva de cromo negro y, cerrando la caja de los mismos, una cubierta frontal de policarbonato celular de 0.006 m de espesor.

A su vez el tanque acumulador posee otra entrada por la inferior, cuyo objeti-vo es aportar agua para mantenerla el nivel constante necesario en la batea. Esta entrada posee un difusor, cuyo objetivo es mantener la estratificación del agua, es decir, evitar que el agua fría que ingresa por esta abertura se mezcle con el agua calentada que ingresa más arriba.

Todo el dispositivo, cubierta-batea-tanque, va montado sobre una estructura de hierro ángulo, que posee 4 patas de 0,8 m de alto con reguladores de nivel en su parte inferior.


ANÁLISIS ECONÓMICO

La construcción de cada uno de estos módulos tiene un valor de $ 10.622. A continuación se muestran en detalle los costos:

ELEMENTO MATERIALES COSTO ($)Batea destilador Chapa acero inoxidable 1.200

Vidrio destilador Vidrio 300

Aislación Poliuretano expandido 120

Soporte aislación Chapa acero galvanizado 360

Soporte batea Hierro ángulo 2’ 156

Colectores Chapa, aislación, etc. 4.350

Soporte colectores Caño estructural 240

Cañerías Caños PVC, codos, llaves, etc. 180

Aislación cañerías Aislación de goma espuma 60

Nivelador Mochila 180

Depósito del destilado Tanque PVC 25 litros 80

Mano de obra 3.396

Total 10.622

Comparar los destiladores solares con otros artefactos similares, puede re-sultar poco práctico en lugares como el que hemos tratado, ya que no se posee acceso a redes eléctricas o el mismo es limitado. Sin embargo, debido a que los destiladores solares pueden ser utilizados en otras regiones del país, creemos que es adecuado demostrar las ventajas de estos frente a otros productos que suelen utilizarse para destilar agua.

Un análisis efectuado sobre destiladores eléctricos reveló que el mismo tiene un consumo de energía de 4,2 kwh, y que la cantidad de agua utilizada para la refrigeración es de, aproximadamente, 60 litros por hora. Estos equipos producen 6 l/h, por lo que para destilar 1 litro de agua se derrochan 10 litros. A esto se le debe agregar el costo del equipo que va desde $ 5.000 hasta $ 15.000, según la capacidad de producción y la calidad de agua destilada, los gastos de mantenimiento y los gastos para bombear agua, que no será aprovechada en su totalidad.


Con este simple análisis se pudo demostrar que la utilización de los destila-dores solares podría ahorrar un mes de consumo eléctrico por cada año.

También se podría comparar con pequeños equipos de ósmosis inversa, los cuales pueden encontrarse en el mercado a partir de los $ 3.500, sin embargo, es-tos requieren de mantenimiento periódico y especializado, sin contar los grandes gastos eléctricos que generan (entre 6 y 10 kwh/ m3), lo que termina incurriendo en gastos similares al anterior.

CONCLUSIÓN

En función de todo lo expuesto en este trabajo podemos concluir que los destiladores solares son dispositivos de muy alta viabilidad, tanto económica como ecológica.

Su excelente adaptabilidad permite la utilización, no solo en la región anali-zada en el presente trabajo, sino que puede extenderse a todos aquellos sectores donde el agua no sea apta para el consumo y se cuente con buena radiación solar; por ende, se lo puede considerar socialmente inclusivo, ya que permitirá darle una solución a múltiples sectores marginados que no poseen acceso a una fuente de agua potable.

Su simplicidad permite que sus propios usuarios realicen los mantenimientos correspondientes, minimizando estos gastos. Sumado al bajo costo y disponibilidad de los materiales que componen el producto desarrollado, lo hacen viable econó-micamente e independiente de las políticas de importación vigentes en el país.

Además, insistimos en el gran valor que tiene dar a conocer todas las utilizacio-nes que se le puede dar al sol como fuente de energía renovable no contaminante.


ANEXO

Entrada del agua a tratar

Depósito del agua destilada

Esc. 1:40

3.55

6

Vista Isométrica

2.34

3

1.88

2

3.061

3.891



Duffie J. and Beckman W. (1991). Solar Engineering of Thermal Processes; Second Edition, Jhon Willey & Sons, Inc. New York.

Grossi Gallegos, H. y Righini, R. (2007). Atlas de energía solar de la República Argentina; Primera Edición, Universidad Nacional de Luján.

Marchesi J, Ducculi E, Adaro J, Fasulo A (2006). Destilación Solar en la UNRC. Construcción y pri-meros resultados. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente Vol. 10. 02-31, 02-37. ISSN 0329-5184.

Marchesi J., Ducculi E., Adaro A., Fasulo A., (2007). Sistematización de las mediciones de produc-ción y temperaturas de destiladores solares en la UNRC. Avances en Energía Renovable y Medio Ambiente Vol. 11 pp. 03.123-129. ISSN 0329-5184

Marchesi J., Ducculi E, Adaro J., Fasulo A. (2008). Comparación del rendimiento de un destilador solar de batea básico respecto de un destilador asistido térmicamente. AVERMA Vol. 12. ISSN 0329-5184.

Marchesi J., Ducculi E, Adaro J., Fasulo A. (2009). Determinación experimental de la producción de un destilador solar respecto a la temperatura del agua en la batea. AVERMA Vol. 13. ISSN 0329-5184.

Tiwari G.N. y Tiwari A.K. (2008). Solar Distillation Practice for Water Desalination Systems. Anshan Tunbridge Wells UK.


SECADO INDUSTRIAL DE FRUTAS Y VEGETALES, COMBINANDO ENERGÍA SOLAR Y COMBUSTIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS AGRARIOS, PARA FÁBRICAS AGRO-INDUSTRIALES

AUTORES José Facundo Gómez GallardoMatías Ariel HerreraDarío Sebastián Guardia

ORIENTADOR Eduardo Héctor Pérez CaramUniversidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional MendozaIngeniería Química


Mendoza es una ciudad con alto potencial de utilización de energía solar y gran cantidad de superficie cultivada con diferentes frutas y

vegetales. Dentro de los procesos productivos que pueden darle valor agregado a este tipo de producto se encuentran los secaderos. Los secaderos industriales utilizan aire calentado mediante algún método que requiere energía, y este aire es el que en contacto con el producto vegetal, realiza el secado.

Debido al costo de la energía eléctrica, y la falta de redes de gas natural en estas zonas, se propone realizar el calentamiento del aire mediante energía solar. Como la misma no alcanza los valores necesarios por la estacionalidad propia de las horas y meses en que realmente es efectiva la actividad solar, se suplirá con calentamiento mediante la combustión de desechos sólidos producidos por la misma actividad.

Luego, como parte del proyecto, se hará efectiva la transferencia de esta tecnología a los productores, los cuales harán efectiva la producción por sus propios medios, siempre contando con la asistencia de los técnicos involucrados en el proyecto.


INTRODUCCIÓN

Mendoza es conocida como la “Tierra del sol y del buen vino”. De este concep-to se desprende que es una provincia netamente vitivinícola, tendiendo las mayores y mejores áreas de producción agrícola a este tipo de cultivos. Como todo indica, estas zonas son las que captan la gran mayoría de las aguas de riego, ubicándose en los oasis productivos, donde también se concentra gran parte de la población.

De esta manera, se tienen relegados los demás cultivos, y sobre todo los pequeños productores, poseedores de pequeñas cantidades de tierra en zonas casi desérticas, y que desarrollan cultivos llamados de supervivencia.

Como intento de aunar esfuerzos para poder ingresar a mercados más lla-mativos, ser competitivos, y no desaparecer o perder sus fuentes de trabajo o migrar a zonas urbanas, es que comienzan fenómenos de organización solidaria formando pequeñas cooperativas de trabajo.

En estas cooperativas comienzan a realizarse trabajos y proyectos en pos de una mejor calidad de vida y autosostenimiento familiar y social, y de ahí van surgiendo diversas formas de lograr sus objetivos.

DESARROLLO

CONTEXTO DEL PROYECTO EN LA ARGENTINA

La agricultura familiar cumple un rol importante para la soberanía y la se-guridad alimentaria de la Argentina, especialmente por su característica innata de producción variada de alimentos, tanto en el ámbito familiar como en su ex-tensión hacia los mercados internos y en la exportación a mercados fuera de la región. Según el Censo Agropecuario llevado a cabo en el 2002, en la Argentina existen 218.868 explotaciones agrícolas que pueden ser consideradas como agri-


cultura familiar, que representan el 87% del total de 251.116 emprendimientos pro-ductivos agropecuarios. Sin embargo, las explotaciones de la agricultura familiar ocupan solo el 13% del área destinada a la producción agrícola.

En la Argentina, el Registro Nacional de la Agricultura Familiar (ReNAF), per-teneciente al Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca de la Nación, consi-dera que forman parte de la agricultura familiar aquellos núcleos de productores/as agropecuarios/as, forestales, pescadores/as, recolectores/as con actividades artesanales, agroindustriales o turísticas que utilicen recursos de origen agrario, sin importar si el destino de esas actividades es la venta, el autoconsumo o el trueque, ya sea que se trate de la actividad principal o una secundaria del hogar, tomando en consideración la adecuación a los siguientes criterios:

• Residencia en áreas rurales o a una distancia que permita contactos fre-cuentes con la producción agraria o conexas;

• Empleo de mano de obra predominantemente familiar y contratación limi-tada de mano de obra extra familiar;

• Ingresos extra prediales limitados a un máximo de 3 salarios mínimos de peón rural mensuales;

• Responsabilidad / control de la familia sobre la actividad productiva.

Según datos del ReNAF, con información a marzo del 2012, el 70% de los pro-ductores de agricultura familiar realizan actividades relacionadas con la agricul-tura, estando el resto de las actividades relacionadas con la producción animal y la agroindustria y procesamiento de alimentos.

Resumiendo lo anterior, en la Argentina, la mayor parte de la población, vive en zonas rurales, y de esta cantidad, la mayoría trabaja cultivando la tierra con parte de su familia, ya sea para consumo propio o como actividad económica. Un porcentaje muy alto de los mismos habitantes no posee suficiente tierra como para ser competitivos a nivel mercado con respecto a los grandes acopiadores de cultivos, lo que resulta en el abandono del campo y fuga hacia las ciudades, en ventas de su producción a precios irrisorios, abandono de la producción en la chacra por no poder afrontar los costos de cosecha, etcétera.

Como intento de solución a estos problemas, se observa un fenómeno socio-cultural dentro de los pequeños productores, que empiezan a nuclear sus “agricul-


turas familiares” para poder competir en el mercado con mayor facilidad, ya sea en simples emprendimientos de agrupación y venta o en emprendimientos más com-plejos del tipo semiindustrial o en mercados artesanales con mira en el turismo.

CONTEXTO DEL PROYECTO EN MENDOZA

La provincia de Mendoza, está situada al pie de la Cordillera de los Andes y se extiende en el centro-oeste argentino, entre los 32º y 37º 35´de latitud sur y los 66º 30´y 70º 35´ de longitud oeste (IGM), con una superficie de 150.839 km2 y una pobla-ción total de 1.508.138 habitantes al año 1995. Mendoza, con un marco natural hete-rogéneo, se presenta como una provincia mediterránea y continental de clima árido a semiárido, con un promedio de precipitaciones de alrededor de 250 mm anuales.

La combinación de rasgos geomorfológicos, climáticos, edáficos y bióticos diferencia unidades homogéneas con diferentes posibilidades desde el punto de vista de los asentamientos humanos y las actividades productivas. Los ambientes que hoy constituyen la provincia son el producto de un proceso de construcción histórica en el que se han combinado las actividades, los valores y las expectati-vas de distintos grupos sociales en diversos momentos.

Cada etapa ha representado una particular valoración, apropiación y uso de los recursos por parte de los actores sociales.

En la actualidad, las actividades productivas se estructuran en torno al modelo agroindustrial inserto en una economía de mercado concentrado en la oferta de grupos poderosos de comercialización e intermediación. Este fenóme-no se manifiesta especialmente en el gran desarrollo de los oasis irrigados, en detrimento de los espacios que carecen de agua de riego, lo que a su vez se cristaliza en la contradicción “cultura vitivinícola”- “cultura del desierto”. Esta contraposición se expresa incluso en formaciones sociales distintas que marcan las dos realidades económicas de Mendoza: una economía de mercado y otra de subsistencia. La contradicción también se observa desde el punto de vista ambiental, pues el oasis funciona como un ecosistema cultural hegemónico y el resto del territorio como ecosistemas culturales subordinados.

Por otra parte, la economía de subsistencia propia de los ecosistemas cul-turales subordinados, tanto de la planicie como de la montaña, está basada, es-


pecialmente, en una actividad agrícola que tiene una incidencia intermedia en la economía global de la provincia. Está acompañada de gran escasez de población, de ineficiencias de la red vial y de la dependencia en materia de equipamiento, con respecto a centros urbanos muy alejados.

En la base de casi todos estos problemas ambientales, se encuentran los desequilibrios territoriales de Mendoza, manifestados en una concentración eco-nómica y demográfica. Esta concentración es típica de los asentamientos de las zonas áridas y semiáridas, con recursos limitados de agua y suelo. En la medi-da en que el desarrollo provincial tenía una cierta escala, esta situación no era conflictiva. Sin embargo, en los últimos años, el crecimiento acelerado y, sobre todo, las expectativas que la sociedad provincial tiene, con relación al desarrollo regional, justifican una optimización y un ordenamiento de este modelo hacia un sistema o matriz productiva más equilibrado espacialmente y socialmente más equitativo que conlleve un uso más racional de los recursos y una distribución justa de la renta de la producción agrícola.

EL PROBLEMA ESPECÍFICO

Como una provincia agroindustrial, y atendiendo a lo expresado en los párra-fos anteriores, se da cuenta de que Mendoza no está exenta de los movimientos socioculturales de los pequeños productores (empresas recuperadas, emprendi-mientos turísticos rurales, cooperativas de trabajo) y tiene sus propios proyectos.

Uno de ellos es la Cooperativa de Productores de la Agricultura Familiar y la Economía Social, COOPAFES Ltda., que nuclea a más de 60 socios productores que son propietarios o arriendan una cantidad mínima de 2 hectáreas y una máxi-ma de 4 hectáreas cada uno.

Con el objetivo de permitir que las familias productoras rurales puedan defi-nirse como unidades productivas en sí mismas, y en un proyecto ambicioso donde no se limita al simple acopio de productos y su posterior venta, es que la coopera-tiva cuenta con fábricas familiares, de elaboración artesanal de tomate triturado envasado en botellas de 950 g, así como también de confituras y encurtidos.

Mediante estas fábricas, los productores tienen la posibilidad de desarrollar la agricultura ecológica, buscando herramientas que les permitan a los respon-


sables de la economía familiar comercializar asociativamente sus productos, de modo de lograr un crecimiento económico autosustentable y mejorar, tanto la cali-dad de vida de sus familias como la de los trabajadores asociados a su producción. El fin es el de dar valor agregado en origen a la producción primaria, y proyectar sus beneficios en estudio y capacitación de los jóvenes componentes de los núcleos familiares agrícolas o generalmente denominados chacareros chicos.

Concretamente, se les llama “fábricas familiares” a los espacios de elabora-ción de tomate que se encuentran en algunas de las fincas, pues en ese proceso participan todos los miembros de la familia de los integrantes de la organización que están en condiciones de trabajar (entiéndase que lo hacen solo los mayores de edad, no trabajan niños ni ancianos). Denominamos entonces “fábricas familiares” o “agroindustrias familiares” a unidades productivas que a su producción primaria incorporan tecnología apropiada para dar valor agregado en origen a su producción, generando puestos de trabajo dentro del grupo familiar y del entorno de la unidad.

Desde mediados de 2010, COOPAFES Ltda. junto a otras organizaciones so-ciales fueron encontrándose en distintas instancias y coincidieron en juntarse para compartir experiencias.

Es a partir de este momento, y observando que las producciones son simila-res y los procesos organizativos y dificultades también lo son, es que por ejemplo, se hace la primera experiencia de compra en conjunto de botellas, lo que les permite a estas fábricas comprar en volumen y por ende bajar costos. A partir de allí se comienza a discutir la posibilidad de la comercialización en forma asociada para poder alcanzar una escala productiva lo suficientemente grande como para satisfacer la demanda, ya que en forma individual la escala de producción es pequeña, lo que garantiza las buenas prácticas de manufactura y la calidad de la salsa. En la actualidad, se producen unas 10.000 unidades por año por unidad productiva elaboradora, que se comercializan tanto a nivel local como regional, ya que cada uno de los productos primarios paulatinamente está cumpliendo con requisitos de Buenas Prácticas Agrícolas y los productos elaborados están cum-pliendo con protocolos de Buenas Prácticas de Manufactura, lo que garantiza que el producto final sea de excelente calidad y con análisis bromatológicos rea-lizados por el INTI, que certificó estos procesos, con las habilitaciones corres-pondientes y los productos inscriptos en higiene de los alimentos.


Dado que los agricultores asociados a la cooperativa producen gran di-versidad de productos y generan un excedente, es que a través de las agro-industrias familiares se pretende dar valor agregado a las frutas, hortalizas y aromáticas restantes.

Concretamente, el proyecto que se buscaba consiste en fortalecer una serie de emprendimientos asociativos de la economía social y solidaria que actualmente está desarrollando la cadena de producción de tomate triturado y envasado en botellas de vidrio de 950 g, confituras y encurtidos. En la actua-lidad, las unidades producidas por año por unidad productiva son elaboradas en la temporada, la cual se extiende desde el mes de enero al mes de abril. La cooperativa comienza la búsqueda de tecnologías apropiadas y económicas para poder afrontar esta situación de estacionalidad con la incorporación de mayor cantidad de productos.

LA SOLUCIÓN AL PROBLEMA

La transferencia de tecnología es un mecanismo de propagación de capa-cidades, normalmente entre países con diferente nivel de desarrollo o entre dis-tintos grupos sociales. La transferencia puede ser tanto de objetos técnicos y artefactos, como de conocimientos.

La misma se puede observar habitualmente a través de convenios de colabo-ración entre empresas, universidades, ONGs y diversos actores sociales y políti-cos, y persigue como objetivo impulsar el desarrollo y crecimiento de los diversos sectores de la sociedad mediante el acceso al conocimiento y experiencia de los grupos de investigación, innovación y desarrollo tecnológico.

Los objetivos específicos son:

• Transferir conocimiento y habilidades desde los sectores educativos.

• Impulsar el desarrollo, formación y capacitación de excelencia de los inte-grantes de las diversas organizaciones e instituciones.

• Incrementar el interés por las actividades de investigación y formación académica en el sector productivo de la región.

• Generar nuevos espacios de inversión para el sector minifundista en las áreas de innovación tecnológica.


El problema es encadenado desde los productores hasta la cooperativa. Desde la cooperativa, se contacta a la facultad, a través del profesor orienta-dor, para encontrar alguna solución viable y generar un proceso de bajo costo para su problemática. La Facultad de Ingeniería, como centro de transferencia por excelencia, ha dado lugar a este tipo de circunstancias, a través de dife-rentes tipos de convenios. De esta forma, se cierra el círculo de transferencia de tecnología.

Mediante uno de estos convenios, el profesor se pone en contacto con alum-nos de su cátedra y de la facultad en general, armando un equipo de trabajo interdisciplinario, que propone la solución que conforma el proyecto en cuestión.

La solución planteada, luego de varias ideas, es la de incorporar a las fá-bricas una línea modular de secado (deshidratado) de frutas y hortalizas. Con la incorporación del equipo de deshidratado se extendería la temporada productiva de las fábricas durante todo el año, y se generaría diversidad de productos ali-menticios manufacturados. También se abre la puerta a futuro al desarrollo de tecnologías para la extracción in situ de aceites esenciales de algunos vegetales deshidratados, como ajo, orégano, romero, cilantro y otros, de consumo en los mercados alimentarios, farmacopea y otros.

OBJETIVOS GENERALES

• Abordar el diseño de una instalación de secado de frutas y hortalizas.

• Transferir la tecnología diseñada a la cooperativa y sus productores.

Objetivos particulares

• Efectuar el diseño y la ingeniería de una instalación de secado modular.

• Realizar un diseño de bajo costo y alta eficiencia para el procesado de diferentes productos.

• Atender a los recursos propios de la zona y al cuidado del medio ambiente.

• Realizar la dirección en obra y la posterior puesta en marcha.

• Asignar a cada uno de los usuarios (productores) un rol protagónico en el proceso de trabajo una vez puesta en marcha la instalación.


MATERIALES Y MÉTODOS

Estrategia de trabajo

Se pretende implementar el proceso de deshidratado en las tres unidades productivas que tiene la cooperativa, para procesar frutas de carozo y de pepita, hortalizas de hoja (ej. espinaca) hortalizas de bulbo (ej, cebolla) y hortalizas de fruto (ej. tomate, berenjena) y aromáticas (ej, orégano, albahaca), que cumplan con los mismos requisitos que los procesos de elaboración del tomate triturado y las confituras, con protocolos de elaboración estandarizados para todas las uni-dades elaboradoras, y con todos los controles bromatológicos durante el proce-so que garanticen y caractericen los alimentos generados, además de satisfacer todas las normativas del Código Alimentario Argentino.

La diversificación de la producción, permitirá sumar más meses de trabajo, más mano de obra y más ingreso por familia, no solo en las fábricas, sino también en las chacras, ya que incrementar la producción en las fábricas, nos lleva a elevar la superficie cultivada y a sumar otros cultivos a los procesos de industria-lización para la generación de alimentos.

El presente proyecto permitirá no solo asegurar la trazabilidad de los pro-ductos ofrecidos al mercado y generar una oferta con mayor valor agregado a un precio justo para los sectores populares, sino también garantizará la trazabilidad social, generando mano de obra local, capacitación en la manufactura de las familias productoras, arraigo y autogestión.

Como parte de la estrategia de transferencia y para garantizar la sostenibi-lidad del proyecto, se plantea el trabajo conjunto y asociado a los actores histó-ricos de la región: referentes técnicos, sociales, políticos, educativos, comunita-rios en general. Este punto se considera de vital importancia, ya que en general se plantean proyectos en una región, afines en el abordaje de las problemáticas u objetivos similares, pero no articulan las actividades entre sí ni incluyen a los demás actores. Esta situación en muchos casos es la principal responsable del fracaso de muchas buenas ideas y proyectos. El trabajo descoordinado y simultá-neo de diversos actores, lejos de mejorar las condiciones locales muchas veces resulta ineficiente y contraproducente para la comunidad, la que visualiza las desinteligencias y potencia su sentido de indefensión. Por ello la propuesta apun-


ta a la comunidad y sus problemas, y también pretende implementar estrategias de trabajo que mejoren las modalidades de abordaje tradicionales.

Diseño constructivo de la instalación de secado

La instalación de secado cuenta con tres secciones fundamentales, que se explicarán más adelante, y son: la sección de precalentamiento del aire mediante energía solar; la sección de calentamiento mediante combustión de sólidos, y la sección de secado de los productos propiamente dicha.

Proceso de secado y precalentamiento del aire

El secado de materiales es una operación unitaria, en la cual, mediante ca-lentamiento, ya sea por contacto directo (se pone en contacto el producto con aire caliente y seco) o indirecto (contacto del producto con una placa metálica caliente) se reduce la humedad del material, entendiéndose por ésta a la canti-dad de sustancia líquida que lo acompaña.

El proceso de secado de nuestra instalación se realizará por contacto direc-to con aire caliente, que deberá calentarse en un proceso previo.

Las fábricas están ubicadas en sectores alejados, mayoritariamente agrarios, que solo tienen acceso a la red eléctrica. Debido a la necesidad imperiosa de que el proceso sea económico, a la falta de gas para calentar el aire, como se haría en un proceso industrial, y atendiendo a la responsabilidad ambiental que persiguen estos grupos productivos, es que se propone que el calentamiento del aire se reali-ce a través de un aerocalentador, el cual usará como combustible residuos sólidos de la misma operación de las chacras (ver apartado “Aerocalentador”). Dado que el proceso de combustión genera gases, y si la combustión es mal realizada pueden ser nocivos para el medio ambiente, y en algunos casos los combustibles deben ser comprados (leña), es que se propone el precalentamiento del aire con ener-gía solar, para generar un ahorro en estos combustibles mediante el uso de una energía limpia y considerada ilimitada. El aprovechamiento de la energía solar se realizará mediante colectores solares, ya que la mayoría de las zonas productivas de la cooperativa se encuentran en regiones de la provincia de Mendoza con gran incidencia solar y gran espacio físico.


El cálculo de la capacidad y, por ende, la cantidad de colectores solares, se realizó atendiendo a los datos que se encuentran en la bibliografía específica de estos temas (Atlas Solar; Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini).

Realizando un costeo preliminar de toda la instalación se llegó a la conclu-sión de que la sección de precalentamiento solar comprendía, aproximadamente, más de un 60% de los costos totales, por lo que se propuso optimizar al máximo esta sección.

Se eligió un colector de chapa ondulada, ya que la misma tiene una mayor relación “superficie de intercambio de calor /superficie” que una chapa plana, con un aumento de costo adecuado. “Se observa un incremento del 12 % en el área de la chapa que se traduce en un aumento del 8,7 % en la radiación solar colectada por día. Desde el punto de vista de los costos, la chapa acanalada es un 12 % más cara que la lisa en el comercio local. Sin embargo, se asume que un 9 % de aumento en la energía colectada es más relevante, a los fines de optimizar el colector, que el 12 % ($ 3,70) de sobrecosto unitario en el material de la placa colectora. (Alejandro Hernández, Carlos Fernández, Nahuel Salvo y Hugo Suligoy; 2007).

Se realizó una modificación del paso del aire para permitir el intercambio en ambos lados de la chapa, y se aisló todo el sistema. Como propuesta final, tam-bién se utilizó la cañería de conducción de aire de todos los colectores como un colector solar más, aprovechando su gran tamaño. Con estas implementaciones se redujo notablemente el costo total de la sección solar del proyecto, adecuán-dose al precepto de bajo costo que necesita la cooperativa.

Calentamiento posterior (aerocalentador)

Debido a que la energía solar es de tipo estacionaria, y en algunos meses y horarios es baja o nula, se vuelve indispensable el aerocalentador, para alcanzar la temperatura necesaria para secar el producto.

En esta sección se realiza la combustión de algún combustible (generalmen-te gas por su facilidad de manejo y su bajo costo) para calentar el aire hasta su temperatura de operación. Como en las zonas donde se encuentran las fábricas no hay acceso a la red de gas, se idea un aerocalentador de combustibles sólidos para suplir esta deficiencia.


La idea principal es la de utilizar para la combustión los desechos sólidos de las operaciones propias del manejo de una finca, tales como tallos vegetales de la poda, carozos o semillas de alguna operación en frutas, etc. De esta manera, se evita el uso de combustibles fósiles, forma de generar energía no renovable y contaminante; la compra de leña, que conllevaría a la desforestación de la zona, agravando los problemas de desertificación de estos lugares; y por ende, se lo-gran beneficios medioambientales de gran magnitud.

Como este tipo de equipos no son estándares en el mercado, y hay poco es-tudio de los mismos en la bibliografía, se plantea un diseño innovador, mediante cálculos e investigaciones, para adecuarlo a nuestra instalación, contando con la asistencia de la cátedra del profesor orientador.

Para poder utilizar estos combustibles se realiza una investigación del poder calorífico de varios de estos materiales, se calculan sus coeficientes de inter-cambio y se procede al cálculo de área de intercambio necesaria en el aeroca-lentador. Dada la gran diferencia de tamaño de los materiales, la producción de diferentes cenizas, etc., se realiza un diseño práctico para acomodarse a este tipo de combustibles, y se logra que la operación del equipo no sea complicada.

Dentro de las conducciones del aire caliente de esta sección, se realizan aberturas para el ingreso de aire fresco, teniendo así la posibilidad de regular la temperatura para adecuar la instalación al secado de diferentes productos.

Secadero

El secadero propiamente dicho, está formado por tres salas diferenciadas, para poder realizar el secado de distintos productos con una sola fuente de aire caliente. El diseño de estas tres salas y sus respectivos conductos de ingreso de aire, es tal, que puede regularse la temperatura y la velocidad del aire para cada sala, teniendo la posibilidad de procesar distintos productos en el mismo horario de trabajo. De esta manera, las fábricas, con su bajo nivel de producción, pue-den acomodarse a los productos estacionales y a su disponibilidad en cuanto a cantidad y calidad, procurando mantener una producción estable, económica, y totalmente inclusiva, debido a que cualquier productor con un producto apto para ser secado, podría hacerlo obteniendo valor agregado por su labor y cerrando el círculo de este proyecto y de la cooperativa en sí misma.


La construcción de las salas de secado será de materiales simples y eco-nómicos, bien aislados, manteniendo la idea principal de todo el proyecto de economizar y maximizar la energía utilizada, al menor costo, y procurando un diseño para que el manejo operativo sea fácil y no requiera de mano de obra especializada, precepto fundamental en cualquier proceso de transferencia de tecnologías.

Implementación y financiación

El proyecto se ha pensado como una instalación modular, de tres salas de secado por módulo. El módulo también incluye el aerocalentador y la batería de colectores solares con todas las cañerías de conducción del aire caliente. De este modo, y pensando a futuro, si la producción crece, simplemente se adquiere otro módulo.

Las actividades a llevar a cabo dentro del proyecto no son solamente el diseño y la ingeniería básica como la de detalle de la instalación, sino también: el montaje de la línea, puesta a punto, selección de materia prima, lavado, cortado, deshidra-tado, envasado al vacío, etiquetado, estacionado y embalado para despacho.

Este proyecto fortalecerá la actividad de tres unidades productivas para el procesado de alimentos que están ubicadas físicamente en distintas zonas geo-gráficas del territorio, y hacia las cuales fluirá la producción de los productores asociados de acuerdo a la proximidad de cada una de ellas. Una de estas uni-dades productivas será la más tecnificada y en la cual se instalará a futuro un laboratorio de análisis bromatológico que funcionará en forma articulada con las otras unidades, lo que concentrará mayor cantidad de familias trabajando en la elaboración y trazabilidad de los productos.

Para la financiación del proyecto, se realiza un convenio entre la cooperativa y un organismo de la Nación creado para tal fin, logrando un préstamo no reem-bolsable, el cual se adecua perfectamente al costo de inversión aproximado para la instalación.

En este convenio, parte de la financiación la provee el organismo estatal nacional, y los recursos materiales, como materia prima y los recursos humanos, son aportados por la cooperativa COOPAFES Ltda.


Con este préstamo se cierra el ciclo de transferencia: se presenta en los pequeños productores la problemática, se busca en la cooperativa orientación en búsqueda de soluciones, se contacta a la Facultad de Ingeniería, que cumple uno de sus roles fundamentales como es el de crear y transferir conocimientos y tecnologías, se obtiene el dinero necesario a través de actores políticos y gu-bernamentales, y finalmente se instala la tecnología apropiada y se instruye a los actores sociales en su uso.

CONCLUSIÓN Y RESULTADOS

• Productivos: agregación de valor a la producción primaria a través de la diversificación de los productos elaborados. Con la incorporación de esta línea de deshidratado se aumentarían significativamente los tiempos pro-ductivos, ya que se sumarían meses de trabajo.

• Económicos: generación de productos uniformes con la misma materia prima, similares prácticas de cosecha, metodología de elaboración y pro-cedimiento de guarda y transporte, a los efectos de sumar las elaboracio-nes y lograr así una producción a escala, que permita optimizar los costos, cumpliendo con las exigencias de calidad más estrictas para alcanzar mercados de demandas exigentes como Capital Federal y Gran Buenos Aires. De esta manera, se sumarán productos elaborados a la demanda ya existente.

• Comerciales: producción a mayor escala bajando los costos, lo que per-mitirá reducir precios y ser más competitivos en el mercado. Acceso a nuevos mercados al tener la certificación necesaria.

• Sociales: afianzamiento de vínculos entre los miembros de los grupos pro-ductivos, partiendo del trabajo en equipo y la ayuda mutua y, a la vez, la mejora de la calidad de vida de los integrantes del proyecto.


• Educativos: llevar a la práctica la incorporación de proyectos sociales en las facultades, con el fin de engranar el sistema de transferencias de tec-nologías y cumplir el rol de formador de profesionales responsables que debería perseguir todo establecimiento educativo de altos estudios.


Atlas de Energía Solar de la República Argentina, Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini, del Grupo de Estudios de la Radiación Solar (GERSolar) de la Universidad Nacional de Luján.

Construcción y evaluación del secador solar de granos a escala industrial de 3 m2 en condiciones de explotación; Ciro César Bergues Ricardo, Pedro Griñán Villafañe, Susana Fonseca Fonse-ca, Jorge Luis Abdala Rodríguez, Geovannis Hernández Gálvez; Centro de Investigaciones de Energía Solar.

Diseño, construcción y primeros ensayos de un colector solar calentador de aire de tipo loop con-vectivo para el calentamiento de edificios; Alejandro Hernández, Carlos Fernández, Nahuel Salvo y Hugo Suligoy; INENCO – Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional – U.N.Sa. – CONICET; CIUNSA – Consejo de Investigación de la Universidad Nacional de Salta.

Modelado y construcción de un secadero solar híbrido para residuos biomásicos”; Irene montero Puertas; Tesis doctoral; Escuela de Ingenierías Industriales; Universidad de Extremadura.

Oficina Regional de la FAO para América Latina y el Caribe.

Procesos de transferencia de calor; Donald Q. Kern y asociados; Catedrático Instructor en Ingenie-ría Química; Case Institute of Technology McGraw; Hill Book Company, Inc.

Secado solar: proceso de requerimiento de información y generación de transferencia; V. Passamai y M. Terán; INENCO – CIUNSa3 – CONICET; Facultad de Ciencias Exactas

Simulación del comportamiento térmico de un colector solar de aire de doble flujo mediante el software simusol; Silvina Mariana González, Silvana Flores Larsen, Alejandro Hernández; Uni-versidad Nacional de Salta (UNSa); Instituto de Investigación en Energías No Convencionales (INENCO); UNSa – CONICET.


ANEXOS

Gráfico 1 – Comparación entre la agricultura familiar y la agricultura no familiar en Argentina.Fuente: Censo Nacional Agropecuario 2002.

Pequeños productores

Cooperativa COOPAFES

Facultad de Ingeniería

Gráfico 2 – Esquema de transferencia de tecnología dado en el proyecto.


REMOCIÓN ELECTROQUÍMICA

DE ARSÉNICO DEL AGUA MEDIANTE

EL USO DE ENERGÍA RENOVABLE

AUTORES Julián Gabriel Luppi Javier Kenigsberg

ORIENTADOR Héctor FasoliUniversidad Católica Argentina Ingeniería Industrial


La contaminación del agua por arsénico en la Argentina es un problema que alcanza a 2,5 millones de habitantes a lo largo y ancho del país. Esta

situación se vuelve más grave en las zonas geográficamente aisladas del ter-ritorio, donde no es posible la provisión de agua segura. El consumo prolongado de agua con contenido elevado de arsénico (>1 mg/L) puede derivar en una serie de enfermedades, síndrome conocido como HACRE (Hidroarsenicismo Crónico Regional Endémico), un grave flagelo para muchos habitantes de nuestro país.

Por esta razón, el objetivo de este trabajo fue desarrollar un método de remoción de arsénico del agua que fuera innovador, económicamente viable, socialmente inclusivo y ambientalmente sustentable. Para lograr estos objetivos, se seleccionó un método electroquímico en torno del cual fue diseñado nuestro sistema.

AUTORES Julián Gabriel Luppi Javier Kenigsberg

ORIENTADOR Héctor FasoliUniversidad Católica Argentina Ingeniería Industrial


INTRODUCCIÓN

El arsénico es un elemento químico no metálico de número atómico 33, masa atómica 74,922 y símbolo As. En la corteza terrestre se encuentra en pequeña proporción (5 10-4 %), acompañando en sus minerales a diversos compuestos de cobre, plomo, hierro, etcétera [1]. Recientemente se descubrió que algunas bac-terias podrían incorporarlo en su ADN [2]; por lo pronto, son muy bien conocidos numerosos compuestos orgánicos del arsénico, en muchos de los cuales reem-plaza a los átomos de nitrógeno o de fósforo [3].

En aguas naturales predomina el As de origen inorgánico, principalmente como arsenito (trivalente, AsO2

1-) o arseniato (pentavalente, AsO43-). Los niveles de arsénico

presentes en el agua dependen en gran medida de la interacción de varios factores geoquímicos, como las condiciones de pH, química acuática y de la actividad micro-biana, entre otros. Por esta razón, podemos afirmar que la concentración de As en cada zona geográfica es una característica regional propia (la concentración de As, además, puede aumentar por algunas actividades humanas que no se analizarán en este trabajo por no ser parte de la problemática ambiental considerada).

Si bien los niveles de este elemento que ocurren de forma natural en el agua no son en ningún caso suficientes para causar una intoxicación aguda, el consumo a largo plazo puede traer graves complicaciones en la salud. Es así que se ha definido al Hidroarsenisismo Crónico Regional Endémico (HACRE) como una enfermedad que afecta de manera severa a los pobladores de regio-nes en las cuales el agua presenta concentraciones altas de arsénico disuelto. Como su nombre lo indica, es una enfermedad crónica, es decir, se desarrolla y mantiene a lo largo del tiempo. A su vez, es una condición regional ya que, como fue explicado previamente, los niveles de arsénico presentes en una zona dependen de las condiciones naturales, por lo cual son característicos de ésta y, además, relativamente constantes. Finalmente, es una enfermedad endémi-ca, lo que significa que afecta a los pobladores de manera más o menos unifor-me a lo largo del tiempo.


Las primeras manifestaciones clínicas visibles de la exposición prolongada al arsénico son la coloración anormal en la piel (presente en forma de manchas marrones a negras) conocida como melanosis, y el endurecimiento de las palmas y plantas del pie, conocida como queratosis. Si la exposición continúa, se pro-duce un descoloramiento de la piel (se manifiesta como manchas blancas) y un engrosamiento y agrietamiento de la piel en las palmas y plantas del pie (hiper-queratosis). Estas lesiones, pueden derivar en cáncer de piel [4].

Otras afecciones asociadas con el consumo de este elemento a través del agua contaminada son problemas funcionales en los riñones y el hígado, seguido de daños a los pulmones y la vejiga. La incidencia de cáncer en estos órganos es alta en personas que han consumido agua con niveles elevados de arsénico durante largos períodos. También se ha reportado que el arsénico puede interferir con el sistema circulatorio, causando gangrena en las piernas [4].

Por todas las razones enumeradas es que la Organización Mundial de la Sa-lud ha establecido un valor guía (concentración máxima permisible) provisional de 0,01 mg/L. Nuestro país estableció, en línea con la Organización Mundial de la Salud (OMS), el mismo valor máximo en el Código Alimentario Argentino.

En la Argentina, la contaminación del agua con arsénico es un problema gra-ve que, según distintas estimaciones, afecta a alrededor de 2,5 millones de habi-tantes [5]. En particular, se ven más afectadas todas aquellas personas que por su estado de aislamiento geográfico o por cuestiones económicas cuentan so-lamente con los cauces naturales de agua con alto contenido de arsénico como única fuente de consumo. Por las mismas razones geográficas y económicas, raramente estas poblaciones cuentan con medios para la remoción de este ele-mento tóxico, situación especialmente seria en poblaciones y escuelas rurales como también en comunidades de pueblos originarios.

En este contexto, los autores de este trabajo creímos necesario desarrollar un sistema que permita a una familia autoabastecerse de agua para cubrir sus nece-sidades básicas diarias de forma sustentable. Esto significa que apuntamos a pro-veer una solución tanto técnica como económicamente viable para todos aquellos habitantes de regiones aisladas del país afectados por la problemática previamente descripta. En la mayor parte de los casos, estos pobladores no cuentan con energía


eléctrica de red ni con medios para procurarse fuente de energía alguna; por lo que una parte clave del proyecto es que nuestro dispositivo sea una solución integral que se autoabastezca de energía eléctrica mediante fuentes de energía renovable.

Dado que estamos apuntando a crear una solución de bajo costo, creemos que por medio de alianzas con ONG o con los gobiernos municipales, provinciales o incluso el nacional, sería posible lograr una solución de gran impacto social, al alcanzar a decenas de miles de personas que hoy se encuentran en una situación de absoluta vulnerabilidad sanitaria. Confiamos firmemente en que el éxito de este proyecto podría repercutir de manera muy positiva en la calidad de vida de todas aquellas personas alcanzadas por él.

OBJETIVOS

Con las premisas señaladas de que el HACRE es un trastorno muy grave y con presencia fuerte en muchas regiones geográficamente aisladas y económi-camente vulnerables de nuestro país, consideramos de vital importancia contar con un método económicamente viable para brindar agua no contaminada a las miles de familias que habitan en las regiones afectadas. El empleo de formas renovables de energía constituye una solución particularmente interesante, pues no sólo soluciona el problema sanitario que nos ocupa, sino que constituye la eli-minación del aislamiento energético que, a nuestro juicio, es clave para la mejora completa de la calidad de vida.


DESARROLLO

DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE SERVICIO

En primer lugar fue necesario establecer la cantidad de agua que nuestra solución debe proveer por día. Para esto, se investigó en las publicaciones dispo-nibles y se encontró una de la OMS en donde se detallan los requisitos del nivel de servicio de acceso al agua [6], estos se resumen la Tabla 1.

Tabla 1 – Resumen de los requisitos del nivel del servicio de agua para promover la salud.

NIVEL DEL SERVICIO

MEDICIÓN DEL ACCESO

NECESIDADES ATENDIDAS

NIVEL DEL EFECTO EN LA SALUD

Sin accesoCantidad recolectada generalmente menor de 5 l diarios por persona.

Más de 1.000 m o 30 minutos de tiempo total de recolección.

Consumo: no se puede garantizar.Higiene: no es posible (a no ser que se practique en la fuente).

Muy alto

Acceso básico Cantidad promedio diaria no puede superar 20 l por persona.

Entre 100 y 1.000 m o de 5 a 20 minutos de tiempo total de recolección.

Consumo: se debe asegurar Higiene: es posible el lavado de manos y la higiene básica de la alimentación; es difícil garantizar la lavandería y el baño, a no ser que se practique en la fuente.

Alto

Acceso intermedioCantidad promedio diaria, aproximadamente, 50 l por persona.

Agua abastecida a través de un grifo público (o a menos de 100 m o 5 minutos de tiempo total de recolección).

Consumo: asegurado. Higiene: la higiene básica personal y de los alimentos está asegurada; se debe asegurar también la lavandería y el baño.

Bajo

Acceso óptimoCantidad promedio diaria 100 l por persona o mayor.

Agua abastecida de manera continua a través de varios grifos,

Consumo: se atienden todas las necesidades. Higiene: se deben atender todas las necesidades.

Muy bajo


A partir de esta información determinamos que el sistema deberá, como mínimo, proveer a cada miembro de la familia con una cantidad de agua igual a 20 l por día. Si bien esta cantidad es todavía insuficiente para suplir la totalidad de las necesidades de una persona, es suficiente para cubrir el nivel de bebida y aseo básico requerido.

Dado que la forma primordial de entrada del arsénico al cuerpo es mediante la ingesta de agua contaminada, lo más urgente a solucionar es el correcto acce-so al agua para beber y para utilizar en la preparación de alimentos.

SELECCIÓN DEL MÉTODO A UTILIZAR

Una vez determinada la cantidad de agua a tratar, fue necesario recurrir a la literatura científica en busca de métodos viables para la remoción de arsénico del agua. Se conoce una gran variedad de métodos probados para eliminar este elemento nocivo de las aguas [7-10], sin embargo, cada uno de ellos debió ser analizado en el contexto de su factibilidad de ser llevados a escala de aplicación en nuestro país. Es decir, debe tenerse en cuenta que no todos los métodos exis-tentes podrán ser aplicados en nuestro caso particular. En algunos casos, los métodos descriptos están diseñados para grandes consumos, otros requieren de la utilización de ciertos materiales que no son de fácil obtención, en particular en áreas aisladas del país; en nuestro caso, el sistema elegido deberá funcionar de manera eficiente y prolongada en lugares apartados de los grandes centros urbanos. Por esta razón se consideró como un factor clave a considerar a la hora de elegir un método que no requiera de entregas frecuentes de sustancias quími-cas o insumos especiales de cualquier tipo.

Otro punto importante radica en que el sistema resulte fácil de operar y ten-ga un bajo nivel de mantenimiento durante su ciclo de vida.

El método más comúnmente utilizado (y más estudiado) es el de coagulación. Este consiste en insolubilizar las partículas suspendidas en una solución coloidal produciendo que estas se aglomeren (formación el flóculo o “floc”, por flocula-ción). Al formarse el floculo, las partículas se vuelven más pesadas y sedimentan. El proceso se logra mediante la adición de agentes coagulantes al agua, como pueden ser el alumbre, el cloruro férrico o el sulfato férrico. Una vez que los ele-mentos nocivos han sedimentado (debe transcurrir un tiempo preestablecido),


el agua se somete a un proceso de filtración, tras el cual ésta se encuentra en condiciones seguras para ser ingerida.

Entre todos los métodos investigados, se decidió hacer foco en la “elec-trocoagulación”. Técnicamente, el proceso de electrocoagulación funciona de la misma manera que el de coagulación anteriormente descripto. La diferencia radica en que el material coagulante necesario para el proceso se produce in situ mediante electrooxidación de un ánodo metálico. Entre las ventajas de este método podemos mencionar su alta eficiencia de remoción (>97% con electrodos de hierro) y la baja cantidad de barros residuales generados.

Las razones para utilizar esta técnica son variadas, pero podemos destacar tres que consideramos determinantes:

• No requiere del traslado de agentes coagulantes en forma repetida hasta los sitios de tratamiento (estas sustancias se emplean en grandes cantida-des en el tratamiento químico).

• Se cuenta con abundante información técnica y experimental confiable [7,8], algunas de ellas de desarrollo nacional (en estas se basan todos los cálculos del proyecto).

• Posibilidad de agregar nuevas funcionalidades de forma sencilla (asocia-das al exceso de energía que pueda generarse).

Dado que el método elegido para la purificación del agua es un método elec-troquímico, una parte importante del desarrollo del sistema consiste en la elec-ción de una fuente de energía eléctrica. Ya que el sistema debe funcionar en lugares geográficamente aislados y sin acceso a la energía de red, las opciones consideradas fueron la energía solar (fotovoltaica) y la eólica.

Entre estas dos opciones, la más conveniente resulta la solar, por diversas consideraciones. La más importante es que el área más afectada por el HACRE coincide con el área de mayor radiación solar del país.

En segundo lugar, se puede decir que el costo de la energía producida por este medio es más económico a esta escala que el de la producida en forma eólica. Además, es importante señalar que el mantenimiento de un sistema foto-voltaico es prácticamente nulo, ya que carece de partes móviles, mientras que esto no es así en el caso eólico.


EL DISPOSITIVO

Descripción

El sistema de remoción de arsénico consta de seis partes primordiales distri-buidas en una instalación compacta:

• Fuente de energía (panel solar).

• Almacenamiento de energía (banco de baterías).

• Cuba electrolítica.

• Aireador.

• Electrodos.

• Sistema de filtrado.

• Almacenamiento de barros residuales.

La energía debe provenir de una fuente renovable y no depender del ac-ceso a la red eléctrica convencional. Para esto se utilizarán paneles fotovol-taicos de 100W. La energía producida por estos debe ser almacenada para ser utilizada cuando el usuario la requiera, por esta razón es necesario contar con una batería. Por las características de la demanda, esta batería será de 6V y 220Ah (85Ah sería suficiente, pero por razones de mercado la más grande es más económi ca). De esta manera, se puede asegurar que el dispositivo con-tinuará funcionando normalmente, incluso frente a la total falta de radiación solar durante un período de siete días, utilizándolo según sus condiciones de diseño (3 horas de uso diario).

El tratamiento se llevará a cabo dentro de un recipiente plástico de 30l de capacidad. Dentro de este se colocarán los electrodos: dos mallas cilíndricas y concéntricas de hierro separadas por una distancia de 1,5 cm. La conexión eléctrica se realizará de manera tal, que la malla exterior actúe de ánodo (-) y la interior de cátodo (+).

A su vez es necesario incluir en el sistema un aireador, para asegurar la efectiva producción de hidróxido férrico. Esta adición de aire, además de proveer el ambiente oxidante necesario para la remoción de arsénico, aumenta la efecti-vidad del proceso por agitación.


El paso final de la eliminación consiste en la separación del arsénico y del hi-dróxido férrico presentes en el agua. La primera separación se hará mediante una canilla colocada en la pared lateral a 5 cm del fondo. Una vez terminado el proceso electroquímico, los barros residuales se depositan en el fondo. Mediante la coloca-ción de la salida de agua a 5 cm de la parte inferior del recipiente se logra eliminar casi todo el lodo, quedando éste dentro del recipiente donde se trató el agua. Para poder asegurar la efectiva remoción del arsénico se pasará el agua por una etapa final de filtración. Para ello, se utilizará un filtro de arena que se construirá utilizan-do un simple tubo plástico y distintas capas de grava y arena. Se ha elegido este método de filtrado por su sencillez de construcción y alta durabilidad.

PROTOTIPO

A continuación se muestran una serie de imágenes de un prototipo construi-do por Carolina Chantrill [8] en la Universidad Católica Argentina. En base a este prototipo (funcionó solo en un laboratorio) desarrollamos nuestro dispositivo.

Figura 2 – Reactor experimental.


Figura 3 – Interior del reactor. Se pueden ver los electrodos cilíndricos de hierro.

Figura 4 – Reactor en funcionamiento. Se pueden ver las conexiones eléctricas y el burbujeo producido por el sistema de aireación.


Figura 5 – Formación del hidróxido férrico (agente floculante) durante el funcionamiento.

Figura 6 – Precipitación del flóculo tras el tratamiento.


BARROS RESIDUALES

ECUACIONES ELECTROQUÍMICAS

Ánodo2H2O 2 + 4H+ + 4e–

aM(s) aMn+ + ane–

Cátodo anH2O ane– an/2H2 + anOH –

Global aM(s) + (2 + an)H2O (2 + an/2)H2 + O2 + an(OH –) + aMn+

M X

Mn+

OH–

OH–

OH–

OH–

OH–

O2

O2

O2O2

Asy+

Asy+

Asy+

Asy+Asy+

Asy+

Asy+

Asy+

Mn+

Mn+

Mn+

Mn+

Mn+

H2

H2

H2

H2

H2

H2

H2

Figura 7 – Esquema de una celda electrolítica para la electrocoagulación del arsénico.


Una de las principales ventajas de este método de eliminación de arsénico es que produce una muy baja cantidad de barros residuales. En ensayos expe-rimentales fueron suficientes 2800 mg de producción de hidróxido férrico para bajar el nivel de arsénico de una muestra con muy alto nivel de arsénico (muestra de 24 l y 12 mg/l de As). Es decir, en una situación mucho más severa que el peor de los casos esperable en el país (máximo de 4 mg/l de As) produjo menos de 5 g de residuos [8]. Por esta razón, nosotros proponemos almacenar los residuos del proceso en un recipiente plástico de 200 l de capacidad, de esta manera, solo sería necesario retirar los residuos de las viviendas cada varios años (dependerá de la cantidad de agua tratada y de la concentración de arsénico de cada zona).

ESPECIFICACIONES

• Material de los electrodos: hierro (Fe)

• Distancia entre electrodos: 15 mm

• Radio del electrodo interior: 150 mm

• Radio del electrodo exterior: 165 mm

• Capacidad: 30 l

• Recipiente para residuos: 200 l

• Voltaje nominal: 6 V

• Capacidad de banco baterías: 220 Ah

• Tiempo de ciclo: 45 minutos

• Potencia consumida: 50 W

• Potencia panel solar: 100 W


ESTIMACIÓN DE COSTOS

Dado que el proyecto debe poder trascender la teoría y ser llevado a la práctica, es sumamente importante realizar un análisis de costos detallado para demostrar su factibilidad. A este fin, se han consultado diversas fuentes para obtener la cotización de cada uno de los productos necesarios para armar el sis-tema. Es importante tener en cuenta que todas estas cotizaciones fueron hechas a precio minorista y que podrían ser sustancialmente menores, en caso de llevar el proyecto a la práctica, al aumentar la cantidad de unidades.

En necesario mencionar que en la estimación de costos del proyecto no fue-ron tenidos en cuenta los costos de la mano de obra necesaria para armar estos dispositivos. Esto se debe a que dado el carácter social del proyecto, conside-ramos sumamente importante involucrar en el armado de los dispositivos a las familias beneficiadas. Esto cumple con dos propósitos: el primero es capacitar a los habitantes en el funcionamiento del sistema, así como también en la repara-ción del mismo en caso de ocurrir un desperfecto; el segundo, lograr concientizar a las personas en riesgo sobre los peligros de consumir agua sin tratar. Vale la pena señalar que el armado del sistema es sencillo y seguro.

Según las mejores cotizaciones obtenidas al día de la presentación de este tra-bajo, los costos de un sistema listo para funcionar son los que se indican en la Tabla 2.


Tabla 2 – Costos de materiales y estimación de vida útil.

COSTOS DE MATERIALES

Materiales Precio (en AR$)

Vida útil estimada (meses) Costo mensual

Panel solar 100W $ 2,100.00 240 $ 8.75

Batería 6V 220Ah $ 1,763.00 60 $ 29.38

Regulador de carga (5A) $ 316.00 120 $ 2.63

Electrodos $ 20.00 3 $ 6.67

Airedor (4,5 l/min) $ 220.00 60 $ 3.67

Recipiente 30 l $ 60.00 60 $ 1.00

Filtro $ 80.00 36 $ 2.22

Recipiente de residuos $ 130.00 120 $ 1.08

Total $ 4,689.00 $ 54.32

Como puede verse claramente en la Tabla 2, los mayores costos correspon-den a los componentes del sistema eléctrico del dispositivo propuesto. Estos cos-tos, aparentemente elevados, deben analizarse teniendo en cuenta la extensa vida útil de cada uno de los componentes. Es decir que, si bien el sistema puede resultar a priori sumamente costoso, no requerirá de gastos adicionales signifi-cativos. Además, el costo inicial del sistema por sí solo da una idea de los costos de operar el sistema en un plazo determinado.

El Gráfico 1 muestra la distribución porcentual de los costos sin otras consi-deraciones adicionales de amortización.


Panel solar 100W45%

Batería 6V 220Ah37%

Recipiente residuos3%

Filtro2%

Airedor (4,5L/min)5%

Electrodos0%

Regulador de carga (5A)7%

Recipiente 30L1%

Gráfico 1 – Costos de un sistema completo.

Sin embargo, si dividimos el costo de cada uno de los componentes del sis-tema por la vida útil estimada de los mismos (expresada en meses por convenien-cia), el panorama obtenido es sumamente distinto.

Batería 6V 220Ah53%

Panel solar 100W16%

Recipiente residuos2%

Recipiente 30L2%

Airedor (4,5L/min)6%

Electrodos12%

Regulador de carga (5A)5%

Filtro4%

Gráfico 2 – Incidencia de cada componente en el costo de operación mensual.


En Gráfico 2 puede observarse cómo cambia la distribución de costos al con-siderar la vida útil de cada componente. El panel solar, cuya duración se estimó de manera conservadora en 20 años, deja de ser el mayor de los costos, lugar ocupado ahora por la batería (sólo dura en promedio 5 años). Puede verse, ade-más, cómo el costo de los componentes más baratos como los electrodos o el material para filtro cobran mayor importancia; esto se debe a la frecuencia con la que deben ser reemplazados.

Con esta nueva perspectiva, podemos ver que los $ 4.689 que cuesta un sistema completo representan solamente $ 54,32 por mes, si suponemos que el sistema funcionará durante los 20 años que dure el panel. Además, si tomamos una familia tipo de 4 personas, podemos decir que el costo de este sistema para purificar agua es de $ 13,58 por persona por mes. También podría decirse que si el sistema es usado según sus especificaciones de diseño (3 h de uso por día, 30 litros cada 45 minutos), removería el arsénico de 3.600 litros de agua en un mes. Esto equivale a $ 0,0151 por litro de agua.

Con este análisis, podemos asegurar que este proyecto puede tener un gran impacto social a un costo muy bajo. Para representar de manera más clara la magnitud de los costos calculados, puede decirse que alcanzaría con $ 11.722.500 para proveer de agua segura a 10.000 habitantes (siempre agrupando a los ha-bitantes en grupos familiares de 4 personas). Puesto esto en contexto, podemos compararlo con los $ 56.333.333 que se gastan por día para subsidiar a las em-presas de transporte de colectivos en el área metropolitana. Es decir, alcanzaría con el 20 % de la cifra gastada en el subsidio del transporte público de pasajeros en un día para proveer equipos de tratamiento de agua que beneficien a 10.000 personas durante alrededor de 5 años.

Al analizar los costos de esta manera, queda claro que este sistema de re-moción de arsénico no solo resulta técnicamente viable, sino que también lo es desde el punto de vista económico.

COMUNICACIÓN DEL PROYECTO Y OBTENCIÓN DE FINANCIACIÓN

Dado que este es un proyecto sin fines de lucro y cuyo objetivo primordial radica en mejorar la calidad de vida de las personas afectadas o potencialmente afectadas por el HACRE, es esencial contar con la financiación necesaria. Para


esto, es fundamental involucrar tanto a la población general, como al gobierno y las empresas. De esta manera se puede alcanzar una situación en la que todos ganen y que ayude tanto a financiar el proyecto como a darle difusión.

Figura 8 – Representación artística de los pasos del proceso para su difusión. 1 – Gene-ración eléctrica, 2 – Almacenamiento de energía, 3 – Ingreso de agua conta-minada, 4 – Electrocoagulación, 5 – Filtrado, 6 – Obtención de agua potable.

Para las empresas que operan en las provincias afectadas por este mal, es una gran oportunidad de hacer la diferencia a través de sus programas de res-ponsabilidad social. A través de estos programas podrían brindar fondos para cubrir parte de los gastos del proyecto, obteniendo como contraprestación el reconocimiento de la comunidad y el mejoramiento de su imagen de marca.

H2O + As

1 2 4

3

5 6


Por su parte, el gobierno debería proveer el grueso de los fondos necesarios para la implementación de este programa, teniendo en cuenta que es responsa-bilidad del Estado velar por la salud de sus ciudadanos. Esto debería enmarcarse dentro de un programa del Ministerio de Salud (ya sea a nivel provincial o nacio-nal) o de desarrollo social.

En tanto, la sociedad civil puede ser invitada a participar del proyecto me-diante diferentes metodologías como colectas de fondos, campañas de concien-tización o participación en ONG abocadas al tema.

EXTENSIONES DEL PROYECTO

Si bien el dispositivo propuesto fue diseñado y dimensionado con la finalidad exclusiva de proporcionar agua sin contaminantes en cantidad suficiente para cubrir los requisitos básicos de una familia tipo, el mismo podría ser modificado con facilidad para suplir otro tipo de carencias y/o necesidades. Por ejemplo, se podría aumentar la cantidad de electricidad producida aumentando la potencia del panel solar y la capacidad del banco de baterías. De esta manera, se podría proveer de energía eléctrica suficiente como para iluminar casas o conectar al-gunos dispositivos de bajo consumo, como un celular o un ordenador portátil a los pobladores, además de agua potable.

Otra modificación posible es reemplazar el panel solar por un molino de vien-to, en el caso de que las condiciones meteorológicas de la zona favorezcan la implementación de energía eólica por sobre la solar. Este cambio no requeriría ninguna otra modificación más que el reemplazo de una fuente de energía por otra; esta modificación nos da la posibilidad de implementar la solución en todo el territorio nacional e incluso en otros países afectados.


CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta la elevada incidencia del HACRE en nuestro país, proble-mática que requiere de una respuesta efectiva y urgente para los damnificados, consideramos que el sistema propuesto en este trabajo representaría una solu-ción eficiente.

La solución expuesta presenta los siguientes beneficios (respaldados en re-sultados confiables y en los nuestros):

• Remoción efectiva del arsénico comprobada en laboratorio.

• Bajo costo de construcción y de operación.

• Simplicidad de operación y mantenimiento.

• Pronto acceso a los materiales.

• Volúmenes de producción fácilmente variables.

• Independencia de la red eléctrica.

• Batería con capacidad de procesar más de 1000 l de agua sin necesidad de recarga.

Por todas estas razones consideramos que contamos con una muy buena solución que puede ayudar a reducir la incidencia del mal del HACRE en los po-bladores de las áreas afectadas.



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MATERIALES ALTERNATIVOS, TÉCNICAS

Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS PARA UNA

PROPUESTA SUSTENTABLE

AUTORES Alejandro Naser AldereteDiego José MadridJosé Daniel Armella

ORIENTADOR Carlos Eduardo AldereteUniversidad Nacional de TucumánArquitectura 4° y 5° año


El trabajo propone la utilización de residuos inertes de la construcción y demolición de edificios (RCD) para la producción sustentable de nue-

vos componentes y sistemas constructivos de bajo costo y su aplicación -en una primera etapa- en la ejecución de “módulos habitacionales” o viviendas de inte-rés social implementados por el gobierno.

Con el presente proyecto se intenta reconocer por un lado, tanto el persisten-te deterioro y agotamiento de los recursos naturales como los crecientes índices de contaminación ambiental que se generan en la producción de los materiales convencionales; y por otro, la necesidad de encarar acciones que reduzcan tales causas de inestabilidad, desorden y daño de los ecosistemas y ofrezcan simultá-neamente una alternativa para reducir los costos de la edificación, ajustadas al principio de sustentabilidad en la construcción del hábitat popular.

Para su formulación se tuvo en cuenta que, si bien la reactivación de la in-dustria de la construcción registrada en los últimos años genera importantes au-mentos de los RCD con sus perniciosas consecuencias, al mismo tiempo ofrece una oportunidad para desarrollar tecnologías apropiadas, más limpias, económi-cas y de reducido impacto ambiental.

Atento a ello, el objetivo principal del proyecto apuntó al desarrollo y apli-cación de nuevos productos aptos técnica y económicamente, que reemplacen total o parcialmente a los empleados en la construcción convencional; al diseño de elementos y sistemas constructivos que –pudiéndose articular con sistemas existentes– mejoren los procesos (técnicas) de ejecución, teniendo en cuenta criterios de reciclabilidad y sustentabilidad.


En tal sentido, se definieron, en particular, los siguientes indicadores de logro.

1. Preservar las ya escasas fuentes naturales de materias primas locales –renovables y no renovables– reduciendo el impacto ambiental de las ac-tividades de producción y consumo.

2. Potenciar el uso del suelo y de los RCD como fuente alternativa de materias primas para la producción de componentes ecológicos no tradicionales.

3. Reducir el costo energético en la producción de tales componentes y maximizar la posibilidad de su reciclado, encuadrado en el concepto de desarrollo sustentable.

4. Priorizar el principio de no contaminación en los procesos de extracción y transformación de la materia en componentes constructivos (“tecnología limpia”) y promover la eco-eficiencia (respeto del medio natural).

Los resultados obtenidos confirman la hipótesis de partida en cuanto a que la incorporación de RCD permitiría mejorar los procesos de construcción enfocán-dolos hacia una mayor eficiencia respecto del gasto energético y economía de recursos naturales; a una sensible reducción del gasto energético y una marcada reducción de la contaminación ambiental.

Basado en ello, puede decirse que los componentes de RCD constituyen un producto confiable que se presenta como una alternativa válida para su empleo en la construcción de edificios, con evidentes beneficios económicos, sociales y ambientales.


MARCO TEÓRICO

CAUSAS Y EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS Y RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN

Entre otras, una de las principales causas que originan la contaminación am-biental es la generación, introducción y acumulación de residuos sólidos urbanos (RSU) en el entorno, destacándose entre ellos los RCD como consecuencia del no-table crecimiento de la construcción, resultado a su vez, de la expansión de las obras públicas y privadas provocadas por el incremento demográfico producido en la provincia –el mayor registrado en el NOA de acuerdo al Censo Nacional de 2010.

Según estudios realizados por diferentes organismos, se estima que entre los años 2003 y 2010 se generaron, solamente en la capital de la provincia, 600.000 m3 de RCD, volumen equivalente a un montículo de 3,50 m de alto esparcido en 35 manzanas del municipio capitalino.

A los fines del trabajo, corresponde diferenciar qué se entiende por desecho y qué por residuo:

• Desecho es cualquier material, objeto o elemento que se abandona o re-chaza después de haber sido usado en actividades domésticas, comercia-les, industriales, de servicios, etc. (algo que ya no sirve para nada).

• Residuo es cualquier material, objeto o elemento resultante de un proce-so de fabricación o consumo, que es susceptible de aprovechamiento o transformación en un nuevo bien con valor agregado.

Por tanto, residuos de construcción y demolición de edificios son aquellos que se generan particularmente durante los procesos de construcción o demo-lición de una obra. El alto volumen resultante, que generalmente termina depo-sitado a la vera de caminos o cursos de agua, ya sea por la falta de tecnología adecuada que permita su aprovechamiento (reutilización), o por inexistencia de un mercado para los posibles productos a recuperar (reciclado), supone el prin-cipal impacto ambiental generado por el sector. Tales falencias, además de la


contaminación y desorden ecológico producido, impiden su reutilización en la elaboración de nuevos materiales y componentes constructivos que, por un lado, contribuyan a la gestión ambiental y, por otro, a la reducción del actual déficit ha-bitacional, favoreciendo la construcción de viviendas de interés social, técnica, económica y ambientalmente eficientes.

Figura 1 – Vertederos de escombros en acceso Norte a S.M. Tucumán y en la cuenca del Río Salí.

EL RECICLADO DE MATERIALES. ANTECEDENTES LOCALES

Desde una perspectiva económico-social, si bien hace décadas que en mu-chos países centrales los RSU se recuperan y reciclan, el aprovechamiento efi-ciente de los RCD ha sido prácticamente ignorado. Recién a partir de la crisis de los años ‘70, cuando se hace evidente la necesidad de racionalizar el consumo indiscriminado de energías no renovables, nace el interés por aprovechar y pro-mover su potencial.

En la Argentina, los antecedentes referidos en general al tratamiento y re-ciclaje de los RCD son muy escasos, en tanto las acciones dirigidas a su reu-tilización son prácticamente inexistentes. En Tucumán, a comienzos de 2008 el Laboratorio de Materiales y Elementos de Edificios (FAU- UNT) inicia pruebas experimentales con mezclas de RCD y aglomerantes hidráulicos con el fin de de-terminar el comportamiento físico-mecánico de probetas cilíndricas, variando las dosificaciones y las presiones de compactación con miras a su posible aplica-ción en la producción industrializada de diferentes componentes constructivos.


OBJETIVOS GENERALES

Tomando como base tal iniciativa, y teniendo en cuenta los reglamentos que rigen la producción y utilización de mampuestos para muros (CIRSOC 103 Parte III y CIRSOC 501 y 501-E), se plantea como objetivos generales del proyecto:

• Iniciar el estudio a fin de proponer, en una segunda etapa, una estrategia integral de todo el proceso de reciclado y reutilización de los RCD contem-plando los circuitos de transporte, los principales vaciaderos identificados en el Gran San Miguel de Tucumán y la posible ubicación de una o más plantas de tratamiento.

• Desarrollar experimentalmente nuevos componentes (ladrillos, bloques y lo-setas de RCD y copos de poliestireno expandido -telgopor- y de perlita mine-ral expandida, analizando sus propiedades físico-mecánicas y tecnológicas

• Aplicar los componentes estudiados en sustitución -total o parcial- de los materiales convencionales empleados en la construcción de “módulos habitacionales” encarados por organismos estatales (IPVyDU) y empren-dimientos del sector privado.

MATERIALES Y MÉTODOS DE ENSAYO

RCD – ANÁLISIS CUALITATIVO. COMPOSICIÓN

Si bien no se cuenta con datos oficiales respecto del volumen, uso y destino de los residuos generados en la provincia, del relevamiento efectuado en vertederos del área metropolitana del Gran S.M. de Tucumán, se observa que los provenientes de la construcción y demolición de edificios presentan, en general, las mismas ca-racterísticas: una mezcla más o menos homogénea constituida en un 75% (aproxi-mado) de escombros desglosados de la manera que se indica en la siguiente tabla.


Tabla 1 – Composición típica de los RCD del área metropolitana de S.M. Tucumán.

MATERIALES VOLUMEN (%)

1 Ladrillo y otros cerámicos 55

2 Hormigón 12

3 Piedras, grava y arena 10

4 Metales 8

5 Maderas 4

6 Plásticos 2

7 Vidrios 1

8 Papeles vs. Basura 2

Clasificación

Una adecuada política de gestión tendiente a la reutilización y reciclaje de los RCD exige definir previamente una primera clasificación basada en su com-posición; por ejemplo:

• RCD no inertes que justifican una separación y recogida selectiva en fun-ción del valor económico que pueden presentar.

• RCD inertes que justifican una separación y recogida selectiva. La justifi-cación principal, para la separación selectiva de materiales inertes conte-nidos en la corriente destinada a machaqueo, es económica.

En el proyecto se plantea utilizar solo RCD inertes, valorizando su reutiliza-ción para la fabricación de nuevos componentes constructivos.

Mezclas. Identificación de los materiales empleados

El estudio consistió, básicamente, en la elaboración de probetas y de bloques comprimidos con el fin de determinar las mezclas más apropiadas para alcanzar los valores de resistencia de referencia (Reglamento CIRSOC). Se analizaron los resultados con mezclas de cemento Portland normal, RCD y suelo inorgánico, en distintas proporciones, cuyas características se indican a continuación.


Tabla 2 – Composición típica de los RCD del área metropolitana de S.M. Tucumán.

MATERIALES CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIA

Agregado 1 Pasante del tamiz Nº 4, MF=3 Residuos de demolición de obras

Agregado 2 Suelo Inorgánico. Excavación de sótanos (prof.3-12 m)

Aglomerante Cemento Portland Normal CPN 30 Fabrica certificada ISO 9000

Agua Potable De red

Preparación de probetas y bloques comprimidos

Se moldearon probetas mezclando previamente los materiales en seco (volú-menes aparentes) y humedecidos luego con la mínima cantidad de agua necesaria para lograr la reacción química del aglomerante. Se adoptó una presión de com-pactación de 25 kg/cm2 utilizando una prensa hidráulica de 10 t de capacidad. Las dosificaciones estudiadas para cada serie de 6 probetas se indican en la Tabla 3.

Tabla 3 – Dosificaciones adoptadas para las mezclas.

SERIEDOSIFICACIÓN

PRESIÓN DE MOLDEOCPN Suelo RCD

S I 1 – 8

25 kg/cm2S II 1 2 6

S III 1 4 4

S IV 1 6 2

S V 1 8 –

Se comenzó utilizando únicamente RCD, (SI), para luego sustituirlo progresi-vamente por suelo, hasta su reemplazo total (SV).


Figura 2 – Elaboración de probetas cilíndricas de 6x6 cm en prensa hidráulica de 10 t.

Por su parte, los bloques se fabricaron en una prensa hidráulica (capacidad 32 t). Se prepararon treinta especímenes para cada tipo y dosificación de mezcla, de los cuales se destinaron seis para realizar ensayos individuales y el resto para la determinación de la resistencia a compresión de pilastras, según lo estable-cido en la normativa vigente. En ambos casos, los datos se registraron utilizan-do un software especialmente diseñado y calibrado en el Instituto de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ciencias Exactas de la UNT.

Análisis y Discusión de Resultados

Ensayo de probetas cilíndricas (6x6 cm)

Tabla 4 – Probetas. Resistencia a compresión según diferentes dosificaciones.

SERIEDOSIFICACIÓN

CPN Suelo RCD P = 25

S I 1 – 8 42,67

S II 1 2 6 47,60

S III 1 4 4 54,29

S IV 1 6 2 66,81

S V 1 8 – 73,72


Los resultados obtenidos muestran que la incorporación de suelo incide no-toriamente en la resistencia final. Cuando se reemplaza el 50 % de suelo por RCD, para una presión de moldeo de 25 kg/cm2 se supera ampliamente el valor mínimo exigido por las Normas (50 kg/cm2, rotura por compresión).

Ensayo de bloques comprimidos (18x36x10 cm)

Tabla 5 – Bloques. Resistencia a compresión según diferentes dosificaciones de CPN-S-RCD.

SERIE DOSIFICACIÓN

RESISTENCIA

Presión de moldeo (compactación) 25 kg/cm2

S I 1:8 CPN – RCD 42,67

S II 1:2:6 CPN - Suelo - RCD 47,60

S III 1:4:4 CPN - Suelo - RCD 54,29

S IV 1:6:2 CPN - Suelo - RCD 66,81

S V 1:8 CPN – Suelo 73,72

En los ensayos de bloques comprimidos se confirma la misma tendencia veri-ficada en el caso de las probetas cilíndricas. En la Tabla 5 se observa que al reem-plazar el 50 % de suelo por RCD se logra una resistencia final de 54,29 kg/cm2, su-perior a la especificada por las Normas (CIRSOC 103 Parte III y CIRSOC 501 y 501-E).

PLACAS DE YESO PARA CIELORRASO SUSPENDIDO

Se propone la creación de placas para cielorraso mediante el aprovecha-miento del residuo procedente de una industria que trabaja con cantidades im-portantes de perlita mineral, radicada en la ciudad de San Miguel de Tucumán, y también del material procedente del desecho de poliestireno expandido utilizado en el comercio para el embalaje de electrodomésticos. (Fig. 1)


Figura 3a – Trozo de poliestireno; material triturado; material en forma de copos.

Figura 3b – Mineral original (roca volcánica); mineral triturado; producto de la expansión.

Se optó por la utilización de estos materiales debido a las excelentes propie-dades físicas y térmicas que poseen, teniendo en cuenta que su destino sería la de aislar térmicamente la vivienda. En efecto, en zonas de elevadas temperaturas como lo es el Noroeste argentino, la mayor ganancia calórica procede desde el techo de las viviendas.

Las citadas propiedades son:

• Peso ligero. (150 – 700) kg/m3

• Excelente aislante térmico.

• Resistente al fuego (en el caso de la Perlita).

• Reduce la transmisión de ruidos.

Se trabajó con dos medidas de moldes, construidos en el laboratorio (LEME) para este concurso. Las medidas de los módulos fueron pensadas para poder adaptarse a los sistemas de soporte conocidos en el mercado.

1. (0.40 x 0,40 x 0,02 m).

2. (0,40x0, 80 x 0,03 m).


Ambos tipos de moldes se llenaron con dos mezclas distintas de yeso agregado.

Figura 4 – Placas en los moldes. Figura 5 – Placas resultantes del procesode elaboración.

Así se fabricaron:

• Placas de yeso - perlita mineral.

• Placas de yeso - copos de poliestireno reciclado.

Figura 6 – Proceso de elaboración de las placas.

El proceso de elaboración de las placas se explica en tres pasos:

• Preparación de la mezcla.

• Colocación en los moldes.

• Etapa de reposo y desmolde de las placas.

El proceso de colocación es idéntico al que normalmente se utiliza en cual-quier tipo de solución de este tipo.


Figura 7 – Adaptación de las placas a sistemas de soporte conocidos.

APLICACIÓN PRÁCTICA DE LOS COMPONENTES

Con el objeto de volcar el estudio realizado en un análisis económico, se rea-liza una comparación entre un prototipo de vivienda social del Instituto Provincial de la Vivienda (IPV) denominado MV E y realizado con materiales, técnica y sis-temas constructivos convencionales vs. igual prototipo realizado con materiales, técnicas y sistemas constructivos propuestos:

• Mampostería de bloques comprimido de suelo-RCD-aglomerante, traba-dos sin mezcla de asiento.

• Contrapiso de suelo- RCD-cemento compactado.

• Solado. Mortero de suelo-RCD-cemento alisado.

• Cielorraso. Placas de yeso-perlitas reciclado.


PROGRAMA FEDERAL DE MEJORAMIENTO DE VIVIENDAS

Descripción general de la obra

Este prototipo de vivienda se efectúa en el marco del Programa Federal de Mejoramiento de Viviendas, destinado a sectores de bajos recursos con vivien-das deficitarias.

Se plantea como objetivo:

• Desarrollar un mecanismo financiero destinado a resolver déficit habita-cional en el Parque de Viviendas Construidas con materiales no precarios, pero que carecen de baños, instalaciones internas de agua y superficie adecuadas al tamaño del hogar que lo habita.

• Contribuir a solucionar los problemas habitacionales derivados de las condiciones sanitarias inadecuadas y de la precariedad de las construc-ciones existentes, reduciendo, asimismo, los niveles de hacinamiento y promiscuidad, mejorando la calidad de vida.

Figura 8 – Módulo habitacional IPV. Figura 9 – Mampuestos de bloques de hormigón.


DESCRIPCIÓN PROTOTIPO. MVE:

NOTA: planta prototipo núcleo seco MVE. Espacio único con usos varios.


MVE:

NOTA: La pendiente del techo y la ubicación de las carpinterías podrán variar de acuerdo a la implantación del prototipo en el lote y será adecuada oportunamente por la inspección en obra previa a aprobación.


PROGRAMA FEDERAL DE MEJORAMIENTO DE VIVIENDAS.DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA. – PRESUPUESTO

Tabla 6 – Cómputo métrico y presupuesto.


ALTERNATIVA A PARTIR DEL USO DE LOS MATERIALES PROPUESTOS


Figura 10 – Encastre de los mampuestos.


DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA. – PRESUPUESTO

Tabla 7 – Cómputo métrico y presupuesto modificado.

Del análisis realizado se concluye que el sistema propuesto a partir del uso de materiales, técnicas y sistemas constructivos propuestos, se logra una reduc-ción del costo del 37,8 % respecto de la misma propuesta realizada con materia-les, técnicas y sistemas constructivos tradicionales.


CONCLUSIONES

Respecto de los dos objetivos primarios planteados, puede decirse que los resultados alcanzados confirman las hipótesis de partida en cuanto a que es po-sible disminuir el impacto ambiental, utilizando los residuos que la propia activi-dad de la construcción genera en los grandes centros urbanos: RCD y suelo in-orgánico, resultantes de las excavaciones (fundaciones y subsuelos) requeridas para la construcción de nuevos edificios.

Por otra parte, los valores obtenidos en las pruebas experimentales demues-tran que es técnica y económicamente posible la fabricación de componentes básicos (bloques y ladrillos comprimidos) que cumplan con los requisitos de re-sistencia exigidos para su empleo en la construcción de mamposterías sismo re-sistentes, en condiciones competitivas respecto de los materiales tradicionales (ladrillos cerámicos o bloques huecos de hormigón).

Demuestran además, que tales componentes de suelo+RCD constituyen un producto confiable, que puede brindar evidentes beneficios económicos y socia-les para su empleo en la construcción.

Paralelamente, el sistema constructivo propuesto, (bloques comprimidos trabados sin mezcla de asiento), presenta numerosas ventajas respecto de los sistemas constructivos tradicionales, algunas de las cuales se enumeran a continuación:

• Tecnología “limpia”, al no ser necesaria la ejecución de los cerramientos verticales con mezclas de asiento. La terminación superficial de los blo-ques tampoco hace necesaria la ejecución de revoques para revestimien-to. Podría decirse que se trata de una construcción en seco.

• Economía. A la economía relativa de los componentes constructivos de suelo-RCD frente a materiales convencionales, se le suma el ahorro que implica la no necesaria ejecución de revoques en los muros y la posibi-lidad de realizar el piso, esto es contrapiso con suelo-RCD-aglomerante compactado y el solado con mezclas de RCD-aglomerante. Por otro lado,


del análisis realizado queda demostrado que se logra un importante reduc-ción de costos (37,8%).

• Valorización de residuos. Porque se potencia el uso de suelo-RCD en la producción de componentes básicos (bloques comprimidos) y en la ejecu-ción de pisos, con el uso de perlitas mineral y poliestireno procedente de los embalajes de electrodomésticos.

• Producción sustentable de materiales. Esto es, fabricación de bloques com-primidos y placas térmicas para cielorraso a partir de materiales residuales de la construcción y la industria (suelo-RCD- poliestireno expandido-perlita mineral expandida) y sistemas constructivos de bajo costo, en pro de un desarrollo sostenible del hábitat y amigable con el medio ambiente. La fabri-cación de bloques comprimidos no requiere el uso de energía y recursos no renovables, como es el caso del ladrillo cerámico macizo.

Todo esto ofrece una alternativa eficaz para contribuir a la reducción del dé-ficit habitacional y a la sustentabilidad de la construcción del hábitat popular. Ello amerita la profundización de su estudio para maximizar su eficiencia, tanto en lo que se refiere a sus propiedades físicas y mecánicas, como a sus potenciales beneficios económicos y ecológicos, en pos de un desarrollo sustentable.

En cuanto a la posibilidad de su aplicación práctica, las propuestas efectua-das a partir del análisis de una construcción típica -que se reproduce en cantidad en la provincia de Tucumán- confirman las conclusiones precedentes.


EL BIOGÁS DOMICILIARIO. UNA OPORTUNIDAD PARA ABASTECER A LAS COMUNIDADES AISLADAS DE MANERA ACCESIBLE, LIMPIA Y EFICIENTE

AUTORES Vanina Desirée Alesci BaigorriaClaudia Maria Kolosow

ORIENTADOR Bárbara María CivitUniversidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional MendozaIngeniería Química 5° año


Las sociedades dependen de las distintas formas de energía y su con-versión para desarrollar todas sus actividades, satisfacer sus necesi-

dades básicas y servir a los procesos productivos. Por ello, es crucial la provisión de servicios energéticos adecuados, asequibles, eficaces y fiables que presen-ten un mínimo impacto, contribuyendo al desarrollo sustentable. Con la finalidad de ofrecer una solución, el desarrollo de energías renovables se presenta como una opción sustentable. En la Argentina, el 90% de la energía que se produce y consume lo contabilizan el petróleo y el gas natural, dos combustibles no renova-bles. Sin embargo, el último Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas llevado a cabo por el INDEC en 2010, arrojó que el 48,8 % de los hogares del país no tiene acceso a gas de red. Esta situación es muy evidente en comunidades rurales aisladas y en poblaciones con bajos ingresos. Es por ello que considera-mos de imperiosa necesidad contar con una alternativa energética sustentable para abastecer a comunidades carenciadas, aisladas y que se encuentran en situación vulnerable económica y socialmente. Este proyecto estudia la provisión de biogás doméstico como una oportunidad de generación de energía renovable limpia, accesible y económicamente viable para comunidades rurales y subur-banas aisladas. El proyecto cumple con los requisitos del desarrollo sustentable porque no daña el medio ambiente desde la visión ecológica, sino que aprovecha los residuos generados por el hombre y el ganado; produce un beneficio econó-mico a los usuarios; y finalmente, es socialmente equitativo, porque posibilita a los usuarios el acceso a un servicio básico mejorando su calidad de vida.


INTRODUCCIÓN

LA ENERGÍA Y EL DESARROLLO SUSTENTABLE

La energía desempeña un papel único e imprescindible en el mundo, que afecta los tres aspectos del desarrollo: social, económico y ambiental. Ningu-na actividad de ningún tipo puede llevarse a cabo sin energía. En consecuen-cia, las sociedades dependen de las distintas formas de energía y su conver-sión para desarrollar todas sus actividades, satisfacer sus necesidades básicas y servir a los procesos productivos (IPCC, 2012)1. El consumo energético crece sin pausa impulsado por el aumento de la población mundial, pero también por el crecimiento socioeconómico de las naciones. Por ello, es crucial la provisión de servicios energéticos adecuados, asequibles, eficaces y fiables que presen-ten un mínimo impacto, para contribuir al desarrollo sustentable (Walekhwa et al, 2009)2. La mayoría de los países del mundo depende, fundamentalmente, de la energía de origen fósil (Banco Mundial, 2012)3. Si se analiza cada uno de los aspectos del desarrollo sustentable en relación con el uso de la energía fósil, tenemos que, desde el punto de vista ambiental, estos recursos energéticos no renovables atentan contra la calidad del aire (incremento en la concentración de gases de efecto invernadero), el cambio climático global y su consecuente pérdida de biodiversidad y servicios de los ecosistemas. Por otra parte, se en-cuentran en continua disminución tendiendo, en algunos casos, al agotamiento. Desde el punto de vista económico, el aumento de la demanda de energía y la escasez en la oferta, generan incrementos en los precios asociados a la manu-factura y transporte de bienes y servicios. Como resultado de estas situaciones,

1 IPCC (2012) Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change edited by Edited by Ottmar Edenhofer, Ramón Pichs Madruga and Youba Sokona – Candbridge University Press, ISBN 978-1-107-02340-6.

2 Walekhwa P, Mugisha J and Drake L (2009) Biogas energy from family-sized digesters in Uganda: Critical factors and policy implications, Energy Policy 37 (2009) 2754–2762 Elsevie.r

3 World Bank (2012) Fossil fuel energy consumption. International Energy Agency (IEA Statistics OECD/IEA, http://www.iea.org/stats/index.asp).


se originan diferencias notorias entre estratos sociales, aumento de la pobreza, exclusión social y marginalidad, perturbando el aspecto social del desarrollo.

Con la finalidad de ofrecer una solución, el desarrollo de energías renovables se presenta como una opción sustentable. Así es que durante los años 2011 y 2012 se han invertido en energías y combustibles renovables, 279 y 244 billones de dóla-res, respectivamente, incluyendo pequeños emprendimientos locales para proveer de energía a los diversos sectores de la economía mundial y regional (UNEP, 2013)4.

Analizando el consumo por sectores, el 51% de la demanda de energía mun-dial es del sector industrial; el 12%, del sector comercial; el 20%, del sector trans-porte y, finalmente, el 18% lo consume el sector residencial. De ese 18%, la mayor parte se destina a satisfacer necesidades de calefacción (EIA, 2013)5. En nuestro país, la situación es similar a la mundial.

SITUACIÓN REGIONAL. PLANTEO DEL PROBLEMA

El 90% de la energía que se produce y consume en la Argentina lo contabilizan el petróleo y el gas natural, dos combustibles no renovables. Esto demuestra que la matriz energética argentina es fuertemente dependiente de los combustibles fó-siles (ENARGAS, 2013)6. De acuerdo con la Secretaría de Energía de la Nación, el gas natural es el combustible más usado del país, y más del 70% del consumo de energía se destina a calefacción y calentamiento de agua (Secretaría de Energía, 2013)7. Como ejemplo de una provincia argentina, la provincia de Mendoza, el mayor consumo de energía en los hogares lo tiene también la calefacción y el agua ca-liente, provisto con: gas natural (59,8%), gas envasado (15,5%), electricidad (15,5%), leña (10,7%) y otros tipos de energía (2,8%) (Arboit et al, 2008)8.

4 UNEP (2013) Global trends in renewable energy investment 2013. Frankfurt School-UNEP Centre/BNEF. 2013. http://www.fs-unep-centre.org

5 US Energy Information Administration (2012) http://www.eia.gov/countries/country-data.cfm?fips=AR6 ENARGAS (2013) Proyección de demanda de gas natural en Argentina. http://www.enargas.gov.ar/

SimuladorConsumos/Demanda.php7 Secretaría de Energía de la Nación (2013) Consumo energético residencial de la República Argentina. http://

energia3.mecon.gov.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=28928 Arboit M, Arena P y de Rosa C (2008) Evaluación térmica y económica de componentes constructivos con

tecnologías disponibles, en viviendas unifamiliares en la región de Mendoza. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente - Vol. 12, 2008. Impreso en la Argentina. ISSN 0329-5184.


Si bien estos indicadores muestran un preponderante consumo de gas natu-ral, la distribución no es homogénea en todos los hogares del territorio. El último Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas llevado a cabo por el Instituto Nacional de Estadística y Censos en 2010, arrojó que el 48,8 % de los hogares del país no tiene acceso a gas de red (INDEC, 2012a)9. Esta situación es muy evidente en comunidades rurales aisladas y en poblaciones con bajos ingresos. Del total de la población argentina que vive en ranchos y casillas, el 5% tiene acceso a gas natural de red, mientras que el 67% ocupa gas envasado en garrafa y el 25% usa leña como combustible. El restante 3% utiliza otros tipos de energía. La mayoría de las provincias sigue la misma tendencia, como por ejemplo, Chubut, Córdoba, Entre Ríos, Mendoza, San Juan, Santa Fe, entre otras. Sin embargo, hay provin-cias en las que los porcentajes se invierten y, para el mismo tipo de viviendas, el consumo de leña supera ampliamente el consumo de garrafas. Este es el caso de las provincias de Catamarca, Chaco, Corrientes, Formosa, Misiones, Salta y San-tiago del Estero (Civit, 2013, elaboración propia sobre la base de INDEC, 2012b)10.

El problema de ocupar garrafa o leña en lugar de gas natural, tiene como consecuencia un costo elevado asociado en el primer caso, y un riesgo ambien-tal derivado de la deforestación y el desmonte en la segunda opción.

Por lo expuesto, se evidencia que es imperiosa la necesidad de contar con una alternativa energética sustentable para abastecer a comunidades carenciadas, aisladas, y que se encuentran en situación vulnerable económica y socialmente.

Este proyecto estudia la provisión de biogás doméstico como una oportu-nidad de generación de energía renovable limpia, accesible y económicamente viable para comunidades rurales y rururbanas aisladas, teniendo en cuenta los requerimientos de una familia de cuatro integrantes para calefaccionar su hogar, tener agua caliente y cocinar. La propuesta considera recuperar residuos de la agricultura, residuos orgánicos domiciliarios y estiércol de la actividad ganade-

9 INDEC (2012a) Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas 2010 - Censo del Bicentenario. Resultados definitivos, Serie B Nº 2 - Tomo 1- Instituto Nacional de Estadística y Censos (INDEC), Buenos Aires, octubre de 2012.

10 Civit B sobre la base de INDEC (2012b) Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas 2010 - Censo del Bicentenario. Resultados definitivos, Serie B Nº 2 - Tomo 2 - Instituto Nacional de Estadística y Censos (INDEC), Buenos Aires, octubre de 2012.


ra, permitiendo, además, ofrecer una solución a un problema habitual que es la disposición de los residuos sólidos generados en los hogares, pero también en la agricultura y la ganadería. Por último, se evalúa la conveniencia de instalación in-dividual o colectiva (simbiosis) de acuerdo a posibles escenarios de obtención de materias primas, cercanías de los hogares y demanda del combustible gaseoso.

DESARROLLO

HIPÓTESIS DE TRABAJO Y OBJETIVOS

Este proyecto se inspira en que el biogás producido con la digestión de resi-duos agrícolas, estiércol de ganado o residuos orgánicos domiciliarios constituye una opción sustentable para proveer de energía a comunidades rurales sin acce-so a la red de gas natural.

El objetivo general para demostrar la hipótesis es evaluar la sustentabilidad de la instalación y uso de un sistema de producción de biogás doméstico en zo-nas rurales sin acceso al gas natural.

Los objetivos específicos para alcanzar el objetivo general son:

• Detectar las zonas rurales susceptibles para la instalación y uso de un sistema productor de biogás.

• Evaluar los potenciales de generación de biogás de residuos agrícolas, es-tiércol de ganado y residuos orgánicos domiciliarios en las zonas detectadas.

• Determinar la viabilidad económica del proyecto, contemplando la inver-sión inicial y el ahorro producido en la etapa de uso del biodigestor frente a la quema de leña o la compra de gas envasado.

• Contemplar los beneficios aportados a la sociedad en referencia a una mejor calidad de vida.

El cumplimiento de los objetivos y la demostración de la hipótesis tienen como meta la propuesta de un sistema de producción de biogás de uso domésti-co en zonas sin acceso a gas natural.


FUNDAMENTOS DE LA TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE BIOGÁS

El biogás es una mezcla de gases compuesta, en su mayor parte, por metano y dióxido de car bono en proporciones que varían según el material degradado. Este gas se puede adaptar para ser usado en cocinas, calefones, estufas, panta-llas, generadores, etcétera.

La generación de biogás, se fundamenta en la digestión anaeróbica, es de-cir, la fermentación anaeróbica de materiales orgánicos en ausencia de oxigeno. Este proceso es muy complejo, tanto por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar como por la cantidad de microorganismos involucrados en ellas. La reacción limitante en la fermentación es la reacción de formación de bacte-rias metanogénicas, que determinará la cantidad de biogás obtenido.

Los materiales orgánicos pueden ser residuos orgánicos de origen vegetal, animal, agroindustrial, forestal, doméstico u otros. Existe una serie de variables que se debe tener en cuenta al definir la materia prima que se utilizará para obte-ner la mayor valorización de la misma:

• Volumen de residuos disponible.• Potencial contaminante de materias primas.• Potencial de producción de biogás.• Contenido de metano del biogás generado.• Relación carbono-nitrógeno de las materias primas (fuente de alimenta-

ción de las bacterias metanogénicas).• Capacidad tampón del residuo: alcalinidad.• Subproductos generados en la reacción: posibilidades de inhibición de la

reacción (como sulfuro, amoníaco y ácidos grasos de cadena larga).• Cantidad de sólidos volátiles en las materias primas (limita la movilidad de

las bacterias metanogénicas).• Necesidad de tratamiento previo.

Es necesario controlar ciertos parámetros de la fermentación para generar la mayor cantidad de biogás posible. Estos parámetros son:

Temperatura: a medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de crecimiento de los microorganismos y se acelera el proceso de digestión, dan-


do lugar a mayores producciones de biogás. Se distinguen tres tipos de fermen-tación según la temperatura: Psicrófila (15-18°C); Mesófila (25-35°C); Termófila (50-60°C) (Varnero Moreno, 2011)11.

PH: principalmente determina la composición del biogás, por lo cual debe mantenerse en el rango de 6.0 – 8.0 (Varnero Moreno, 2011)12 para que el porcen-taje de metano sea considerable.

Potencial reductor: las bacterias metanogénicas necesitan de un ambiente fuertemente reductor -220 mV a -350 mV.

Figura 1 – Representación esquemática del sistema de digestor. (Autor desconocido).

11-12 Varnero Moreno MT (2011) Manual de Biogás. Proyecto CHI/00/G32 “Chile: Remoción de Barreras para la Electrificación Rural con Energías Renovables” – FAO, Roma, Italia, ISBN 978-95-306892-0.


La metodología que se propone seguir en el desarrollo de este proyecto se sustenta en las elaboraciones teóricas llevadas a cabo en los últimos años por el profesor Serge Chambón, de la Escuela de Ingenieros de Limoges, en Francia, las cuales fueron expuestas en el curso internacional de Gestión Integral de Re-siduos Sólidos Urbanos y Patogénicos 2013, que tuvo lugar los días 07, 08 y 09 de agosto en la provincia de Mendoza, Argentina. Consideramos de importancia trabajar en sintonía con los desarrollos de otras regiones del mundo, sin perder las particularidades locales.

Este proyecto se ha formulado como propuesta para satisfacer el abasteci-miento de gas en áreas rurales o rururbanas de la provincia de Mendoza, donde se cuenta con residuos orgánicos domiciliarios, residuos agrícolas del cultivo de hortalizas y frutales, y estiércol de ganado caprino en el norte y centro del terri-torio, y bovino en el sur de la provincia. Sin embargo, los fundamentos y metodo-logía se pueden extrapolar a otras provincias del territorio argentino, teniendo en cuenta las características socioeconómicas, disponibilidad de materias primas y necesidades regionales.

Con el objeto de cumplimentar los objetivos enunciados se propone el si-guiente plan de actividades:

FORMACIÓN DE UN EQUIPO MULTIDISCIPLINARIO

Se propone emprender el proyecto con la formación de un equipo de trabajo multidisciplinario, porque el abordaje de esta temática y su posible implementa-ción requiere de los conocimientos técnicos y de la experiencia de profesionales de diversas disciplinas científicas y tecnológicas. Se propone la participación de investigadores, docentes y alumnos de las carreras de Ingenieria Química y Civil dictadas en la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Mendo-za, Ingeniería Agronómica y en Recursos Naturales Renovables dictadas en la Facultad de Ciencias Agrarias perteneciente a la Universidad Nacional de Cuyo, y la carrera de Sociología de la misma Institución.


Determinación de las zonas potenciales de instalación de un biodigestor

Como primer paso fundamental, deben definirse las zonas susceptibles de instalación del biodigestor que cumplan con el objetivo de establecer un proceso sustentable. Para ello, se utilizarán como herramientas imágenes satelitales, las cuales se pueden obtener en forma gratuita de la Comisión Nacional de Activi-dades Espaciales – CONAE. Se contará, además, con la información de las zonas desprovistas de gas natural, aportada por ENARGAS (Ente Nacional Regulador de Gas) e INDEC (Instituto Nacional de Estadística y Censos). De esta manera, se identificarán tres áreas posibles de instalación, las cuales se caracterizarán utilizando la información aportada por el Instituto de Desarrollo Social en el pro-yecto interinstitucional de planificación territorial rural de la provincia de Men-doza. La caracterización tendrá como principales puntos de observación el clima (temperaturas medias mensuales y variaciones entre el día y la noche), volumen y tipo de ganado, densidad poblacional. Como resultado se identifica la zona que presenta factores ponderados para la instalación.

ESTABLECER EL CONSUMO DE GAS EN LAS VIVIENDAS Y SUS POSI-BLES VARIACIONES ESTACIONALES

La necesidad de producción de biogás se determina de acuerdo al volumen de gas que satisface la demanda de cocina, calentamiento de agua y calefac-ción, para una familia de cuatro personas, resutando, en aproximadamente, 5 m3 de gas natural por día. Este valor se obtuvo promediando el consumo de casas de tres habitaciones, un living comedor, una cocina y dos baños, con cuatro ha-bitantes, ubicadas en distintos sitios de la provincia, durante los meses de junio-julio. Este valor representa el consumo del caso más desfavorable, porque es el período en el cual se requiere más calefacción. Dado que el rendimiento del biogás es un poco menor al del gas natural (1 m3 gas natural= 100% de CH4 y 1m3 biogás= 70% de CH4 dependiendo de la calidad de la materia orgánica), se tendrá que producir 8,5 m3/día de biogás.


Figura 2 – Equivalencias del biogás con otras fuentes de energía. Fuente: BESEL SA (2007)13

En ocasiones donde el consumo de gas es menor, por ejemplo en verano, se podrá reducir muy poco la alimentación del digestor, porque se puede producir una inhibición de la reacción. Por ello se opta por eliminar el excedente mediante un quemador. Esta práctica es aceptable porque la reacción del metano con el oxíge-no solo forma dióxido de carbono y agua, siendo esta una combustión completa y más sana para el medio ambiente que los quemadores que se alimentan con com-bustibles derivados del petróleo. Otra alternativa posible sería generar frío con un equipo de absorción y de esa manera no consumir energía eléctrica para refrigera-ción en verano. Si bien es técnicamente posible mediante el uso de un compresor

13 BESEL SA (2007) “Biomasa: Digestores anaerobios” DAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) (Departamento de Energía).

1,2 de alcohol

combustible

1 m3 de biogás70% CH3 +30% CO2

6.000 kcal

0,8 L de gasolina

0,6 m3 de gas natural

6,8 kwh de elec-tricidad

1,5 kg de madera

0,7 L de fuel-oil

0,3 Kg de carbón


de bajas revoluciones y bien refrigerado, se requiere un gasto energético y no sería recomendable en comunidades carenciadas o sin acceso a los servicios básicos14.

ANALIZAR LA CAPACIDAD DEL BIOGÁS PARA SATISFACER LA DEMANDA

De la profusa bibliografía consultada, se ha decidido optar por el cálculo para estimar la produccion de biogás definiendo algunas condiciones y de esta manera obtener un valor que, comparado con la demanda, cumpla la viabilidad técnica.

La alimentación del digestor se va a componer de los residuos orgánicos producidos en el domicilio y del estiércol de los animales criados en los corrales contiguos a la vivienda. Se considera que una persona genera 2Kg de residuos al día, siendo 47% materia orgánica (Chambón, 2013)15. Esto significa que se dis-pondrá de 0,94 (Kg/persona/día) de residuos; considerando a cuatro personas por vivienda serán 3,76 (Kg/día). A esto se le suma el estiércol del ganado, que para la descripción de la metodología se ha considerado ganado bovino, con una generación de estiércol aproximada en 12 a 15 (Kg/día). Si se considera ganado caprino, se debe ajustar la producción por cabeza de ganado para el cálculo.

La estimación se realiza en dos fases:

Cantidad de biogás generada con estiércol de ganado.

Considerando que la cantidad de Sólidos Totales (ST) del estiércol fresco de vacuno es del 16%, que la relación entre los sólidos volátiles y los sólidos totales (SV/ST) para este tipo de estiércol es del 81% y que el potencial de biogás por cada kg de SV es de 0,27 m3 (Factor de producción de biogás (m3) por kg de SV según procedencia del estiércol).

m3 biogas = 36 kg estiercol x 0,27 m3 biogas x 81 kg SV x 16 kg ST = 1,25 m3/diadia dia 1 kg SV 100 kg ST 100 kg

estiercol

14 Información fue aportada por un integrante de la Fundación Proteger.

15 Chambón (2013) Exposición oral en el curso internacional de Gestión Integral de Residuos Sólidos Urbanos y Patogénicos 2013, 7al 9 de agosto, Mendoza.


Esta cantidad de biogás es obtenida con el estiércol de 3 vacas16.

Cantidad de biogás generada con residuos orgánicos domiciliarios.

De acuerdo con datos experimentales obtenidos en el Grupo GISENER en 2004, se tiene que:

Tabla 1 – Caracterización de los residuos orgánicos domiciliarios. Fuente: Producción de Energía a partir de Biogás Obtenido de Residuos Sólidos Urbanos. Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional San Francisco, Grupo GISENER (2004).

RSU-20% DE CONCENTRACIÓNParámetro Valor

Sól. Totales 819 g/kgSól. Volátiles 433,5 g/kgSól. Tot. Solubles 13,1 g/kgSól. Vol. Solubles 12,1 g/kgDQO 57,6 g/lCOD 52,2 g/lCarbono 10,4 %

Para una concentración de alimentación del 20% (RSU) de concentración orgánica dentro del reactor, con sólidos totales (ST) = 819 g/kg, la carga se diluye con agua de la siguiente manera:

Q alimentación = 3,76 x kg x 100 = 18,8 = kgdia 20 dia

Siendo 3,76 kg/día solamente la materia seca y el resto es agua que se agre-ga al reactor para que pueda realizarse la reacción.

Los sólidos totales obtenidos dentro del reactor diariamente luego de su ali-mentación, se calculan de la siguiente manera:

ST = 819g

x 18,8Kg

xkg

= 154KgST

Kg dia 1000 g dia

16 http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/14508/1/Memoria.pdf


Se considera el porcentaje de sólidos volátiles como el 52,93% de los ST, dada la composición inicial del RSU, para lo cual:

SV = 0,5293 x 154KgST

= 81,5KgSV

dia dia

De acuerdo con el estudio del Grupo GISENER, se considera un porcentaje

de reducción de los sólidos volátiles (SV) del 79,4%, dado los parámetros medidos en laboratorio:

SV = 0,794 x 81,5KgST

= 64,7KgSV

dia dia

El proceso de conversión anaeróbica genera una conversión en metano que

se estima habitualmente en 0,15 m3/kg SV, por lo cual:

Q biogas = 64,7KgST

x 0,15m3

= 9,7m3

dia KgSV dia

De lo anteriormente expuesto, se determina que la producción de biogás de

un reactor híbrido (que se puede alimentar con residuos y estiércol de ganado) es de 10,95 (m3/dia) (Foster, 2005; Kiely, 1999)17,18.

17 FOSTER CARNEIRO T (2005) “Digestión anaeróbica termofílica seca de RSU; estudio de la variable del proceso de arranque y estabilización del bio-reactor”; Tesis Doctoral en Ingeniería Química, Universidad de Cádiz, Cádiz, España 47,107.

18 KIELY G (1999) “Ingeniería Ambiental; Fundamentos, entornos, tecnología y sistemas de gestión”, Primera Edición, Mc Graw Hill.


Figura 3 – Esquema del biodigestor domiciliario propuesto. Fuente: elaboración propia.

DETERMINACIÓN DEL MÉTODO OPERATIVO

Si bien a nivel industrial existen dos métodos posibles para la producción de biogás, método seco y método húmedo, la metodología para escala domiciliaria se encuentra actualmente en investigación19. Como consecuencia, se decide se-guir los lineamientos planteados en las investigaciones del profesor Serge Cham-bón, en la cual se aplica un procedimiento optimizado del método seco. Esto se logra acondicionando la carga de materia orgánica y generando un reciclo de la materia sólida retenida en el interior del biodigestor.

La fermentación anaeróbica requiere de cuatro semanas para comen-zar a producir moléculas de metano, por ello, durante este tiempo la mate-ria orgánica se retiene fuera del biodigestor, con el fin de que al ingresar al mismo comience a producirse biogás. El material de desecho de la fer-mentación se incorpora con la materia orgánica nuevamente, ya que hay

19 Comunicación personal con el encargado del biodigestor experimental de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Cuyo, Lic. En Química Rosa Medina.

Salida de Biofertilizante

Entrada de materia orgánica

Válvula de seguridad

Biogás

Gasómetro

Conexión Domiciliaria


compuestos como la celulosa que requieren mayor tiempo para su fermen-tación. De esta manera, con el paso de los ciclos la digesta producida es me-nor, generando la mayor cantidad de biogás posible de la materia orgánica.

Figura 4 – Representación esquemática del proceso optimizado. Fuente: Elaboración propia adaptada del Prof. Serge Chambón, de la Escuela de Ingenieros de Limoges, Francia.

Dentro de los modos de operar a gran escala se puede incluir el concepto de Simbiosis Industrial (IS), la cual involucra industrias tradicionalmente separadas y otras organizaciones en una red que promueve el desarrollo de estrategias in-novadoras para el uso sustentable de recursos, incluyendo materiales, energía, agua, activos, experiencia, logística, etc. Esta sinergia puede verse en la cone-xión entre la industria ganadera, agropecuaria y alimentaria con la generación de biogás y biofertilizante. Este concepto se plantea a modo informativo, porque la finalidad del proyecto es la producción de volúmenes domiciliarios. Sin embargo, podría pensarse un sistema similar a la SI, si participan del emprendimiento más de una vivienda y todas contribuyen a la producción de biogás compartiendo el producto generado. En este caso sería una “Simbiosis Residencial”.

Materia orgânica

Biofertilizante

BiogásEnergía

Solar

Digesta


Figura 5 – Representación esquemática de la Simbiosis. Fuente: Elaboración propia.

Analizar el impacto ambiental de las alternativas de construcción de digestores domiciliarios

Al momento de elegir los materiales para la construcción sustentable de un biodigestor, se debe tener presente el aspecto ambiental, social y económico. Por ello, se recomienda considerar el uso de la menor cantidad posible de materiales, la posibilidad de reutilizar elementos, que los materiales elegidos tengan algún contenido de reciclado, que sean reciclables y, finalmente, que provengan de recursos renovables.

Los biodigestores pueden ser construidos con diferentes materiales. Los construidos con ladrillos cerámicos, hormigón o piedra requieren la construc-ción subterránea de la cámara de fermentación. También pueden utilizarse barriles de metal o plástico (polietileno) los cuales son enterrados para su uso como biodigestor. Actualmente se utilizan silos de geomembrana (laminado plástico fabricado de polietileno de alta densidad, alta resistencia a los rayos ultravioleta y alta resistencia a la tensión) que se encuentran en gran variedad de tamaños en el mercado, son de gran longevidad y son reutilizables y recicla-bles. Además, presentan la ventaja de un fácil manejo para su transporte y, por


lo tanto, la mano de obra para su instalación es reducida liderando la tendencia de ser el más utilizado.

Se empleará el Análisis de Ciclo de Vida (ISO 14040 y 14044)20,21, una metodo-logía de evaluación de impacto ambiental de productos y servicios, para selec-cionar la alternativa de construcción del biodigestor domiciliario más adecuada desde el punto de vista ambiental.

Describir los productos del digestor: biogás y biofertilizante

El biogás es el producto principal que se obtiene del proceso de digestión de residuos orgánicos y estiércol de ganado, cuya composición se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 2 – Componentes y concentración del biogás que se obtendría. Fuente: Tobares (2012)22

COMPONENTES CONCENTRACIÓN

Metano (CH4) 50-70%

Dióxido de Carbono (CO2) 25-45%

Agua (H2O) 2-7%vol

Acido Sulfhídrico (H2S) 20-20.000 ppm

Nitrógeno (N2) <2% Vol.

Oxígeno (O2) <2% Vol.

Hidrógeno (H2) <1% Vol.

Como subproducto se obtiene un acondicionador o biofertilizante, cuyas par-ticularidades dependen de las características de la digesta. El acondicionador restituye al suelo de la materia orgánica estable o humus estable debido a la lignina, celulosa y hemicelulosa. Mientras que el biofertilizante aporta elementos minerales, especialmente nitrógeno.

20 ISO 14040:2006, Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework International Organisation for Standardisation (ISO).

21 ISO 14044:2006, Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines International Organisation for Standardisation (ISO).

22 Tobares L (2012) - Nota Técnica “La importancia y el futuro del biogás en Argentina”, Revista Petrotécnica.


La aplicación y aprovechamiento de estos subproductos producen los si-guientes efectos en el suelo:

• Evitan la pérdida de nitrógeno por lavado y lixiviación y la pérdida por vo-latilización en los procesos de desnitrificación biológica.

• Mejoran la estructura de suelo, reduciendo problemas de compactación y susceptibilidad de erosión.

• Incrementan la capacidad de retención de agua, así como también el in-tercambio gaseoso.

Por todo ello, se recomienda el uso del biofertilizante en la agricultura, para otorgarle valor agregado a la producción de biogás mediante el aprovechamiento del subproducto.

DETERMINAR LA CONVENIENCIA DE INSTALACIÓN INDIVIDUAL O COLECTIVA

Instalaciones individuales

Las instalaciones individuales se realizarían en zonas rurales donde las dis-tancias entre un hogar y otro son muy grandes y el transporte del biogás sería muy costoso, por lo que se debe instalar un digestor individual en cada vivienda.

El biogás puede ser empleado como combustible en los diferentes artefactos del hogar, además las familias se verán provistas de biofertilizante que mejora fuertemente el rendimiento de las cosechas.

Las familias dedicadas a la agricultura, suelen ser propietarias de pequeñas cantidades de ganado y pueden, por lo tanto, aprovechar el estiércol para produ-cir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. Se debe considerar que el estiércol acumulado cerca de las viviendas supone un foco de infección, malos olores y moscas, que desaparecerán al ser introducido el estiércol diaria-mente en el biodigestor familiar.

Al analizar la posibilidad de instalación y operación de un biodigestor, se en-cuentran tres límites básicos: la disponibilidad de agua para hacer la mezcla con el estiércol que será introducida en el biodigestor, la cantidad de ganado que posea la familia y la apropiación de la tecnología por parte de la misma. Estos modelos


de biodigestores familiares, construidos a partir de mangas de polietileno tubular (geomembrana), se caracterizan por su bajo costo, fácil instalación y mantenimien-to, así como por requerir solo de materiales locales para su construcción. Al ser flexible el polietileno tubular, es necesario construir un recinto que lo albergue, con el requerimiento mínimo de dos paredes laterales. A la vez, presenta un gran her-metismo, lo que es esencial para que se produzcan la reacciones biológicas anae-róbicas, por ello se considera una “tecnología apropiada”23.

Pero la propuesta es también la instalación de un biodigestor híbrido, en el cual la materia que ingresa no es solo estiércol, sino también residuos domicilia-rios orgánicos. Por lo tanto, se soluciona a la vez la disposición final de la fracción de residuos orgánicos, disminuyendo el volumen de los residuos domiciliarios. La alimentación se realiza por una tubería que sirve como entrada de materia prima (mezcla de estiércol con agua de 1:4 o 1:3, según el tipo de estiércol). En el bio-digestor se alcanza un equilibrio de nivel hidráulico, por lo tanto, es necesario realizar la alimentación y descarga diariamente

Para proveer a los artefactos del hogar de biogás, es necesaria una tubería de conducción desde la geomembrana, la cual debe tener una inclinación que permita decantar una posible acumulación de agua y asegure el hermetismo de la misma para evitar fugas. La conducción de biogás hasta la cocina se hace de manera directa, manteniendo todo el sistema a la misma presión: entre 8 y 13 cm de columna de agua.

Dado que la producción de gas de un digestor anaeróbico es continua a lo largo de las 24 horas del día, lo cual no ocurre con el consumo, será necesario almacenar el gas producido durante las horas en que no se consuma. La varia-ción en el consumo y su intensidad determinarán el volumen de almacenamiento requerido. Como consecuencia, cuanto más concentrado esté el consumo en un período de tiempo corto, mayor será la necesidad de almacenaje. Por lo general, el volumen de almacenamiento no es inferior al 50% de la producción diaria.

La forma más simple es almacenar el gas tal cual se obtiene, a baja presión, mediante un gasómetro que habitualmente se coloca cerca de la vivienda para

23 http://grecdh.upc.edu/publicacions/llibres/documents/2008_jmh_guia_biodigestores.pdf


variar la presión si fuera necesario. Este almacenamiento es una plástico inflable a presión constante y volumen variable24.

Por último, el fertilizante producido por el biodigestor, es en muchos casos un producto muy apreciado por las familias. Se produce una gran cantidad de fertilizante diariamente y, en numerosas ocasiones, es mayor a la requerida por la familia en sus cultivos, permitiendo la comercialización del excedente.

Instalaciones colectivas

Existe también la posibilidad de instalar un biodigestor en forma colectiva, lo que permite el abastecimiento de biogás a varias familias, cuyas viviendas estén cercanas entre sí. Deben realizarse los cálculos de diseño del bioreactor que permita cumplir con la demanda del asentamiento poblacional que se ha elegido. En este caso, deben proyectarse de manera eficiente las líneas de tubería para evitar posibles inconvenientes en la red de distribución. Cada vivienda debe con-tar con su gasómetro que le asegure la provisión de biogás y la regulación de la presión del mismo. La operación del biodigestor y la posible comercialización del biofertilizante, se plantearía como un emprendimiento PyME (pequeñas y media-nas empresas) fomentando la cooperación social de la región.

Relevamiento de las necesidades de provisión de biogás y conveniencia de instalación

Con el objeto de determinar la conveniencia de instalación y diseño del biodi-gestor, se propone la realización de encuestas que permitan conocer los hábitos y rutinas diarias de las familias, para calcular los requerimientos de biogás, las prácticas de manejo de cultivos y prácticas ganaderas, el circuito productivo en que están insertos, la recepción de los usuarios potenciales a una nueva tecnolo-gía, los conocimientos de energías renovables que hayan adquirido anteriormen-te, y las necesidades de capacitación, entre otras.

De acuerdo con las zonas identificadas como potencialmente aptas para la instalación de un biodigestor domiciliario, se seleccionará una muestra repre-sentativa y se llevarán a cabo las encuestas puerta a puerta.

24 http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan2/031042/031042.pdf


Con la información recolectada en las encuestas se podrá diseñar un reactor adecuado a las necesidades y características de los usuarios.

Divulgación de la tecnología

Con el objeto de divulgar la tecnología de biodigestores en las zonas identi-ficadas factibles para instalar la producción de biogás, se propone una campaña informativa, principalmente en la comunidad, por medio de instituciones educa-tivas, ONG, municipios y demás organizaciones que se consideran actores so-ciales con canales de comunicación. Esto permitirá que las familias conozcan la tecnología y, a partir de esto, bajo sus propios criterios, decidan si quieren incorporarla a su sistema productivo.

Como herramienta, se utilizarán en la campaña informativa, los medios de comunicación local y, en la medida de lo posible, la presencia en medios de comunicación nacional de televisión abierta y radiodifusión. Se recomienda va-lerse también de medios gráficos, como la elaboración de trípticos informativos, y el dictado de charlas cortas, explicando el proceso de producción de biogás y brindando información para formular proyectos individuales o colectivos.

Un nivel de capacitación superior se llevará a cabo por medio de talleres intensivos con el fin de capacitar a profesionales del desarrollo rural en el dise-ño, instalación, manejo diario, aplicaciones del fertilizante y biogás, gestión de proyectos y sustentabilidad.

Como actividad dentro del plan de divulgación, se incluye la redacción de un documento que contenga la metodología del diseño de biodigestores, el manual de instalación y nuevas ideas a desarrollar en el ámbito de biodigestores familiares.

Por último, para su ejecución se propone, cuando sea posible, la formación de pequeñas cooperativas para poder gestionar directamente el proyecto, acce-diendo a subsidios y asesoramiento técnico para la familia interesada.

El trabajo directo con comunidades o pequeñas asociaciones de productores conlleva un gran esfuerzo, pero asegura conocer de primera mano las impresiones, comentarios, necesidades y formas de trabajo de las familias objetivo del proyecto.


Analizar la viabilidad económica

Como se explicó anteriormente, la propuesta del proyecto se realiza tomando como caso de estudio la provincia de Mendoza. Para la evaluación económica se ha tomado como caso la población sin acceso al gas natural de un departamen-to de dicha provincia, el departamento de General Alvear ubicado al sureste de Mendoza, con un clima templado y semiárido, el cual se caracteriza fundamen-talmente por las actividades agrícola-ganaderas. Este mismo análisis se puede llevar a cabo para las comunidades rurales sin acceso a gas natural de los otros departamentos provinciales.

En General Alvear, el 42% de la población está desprovista del servicio de gas natural. A su vez, estos habitantes generan solo un poco más de un cuarto de los residuos sólidos de todo el departamento, y el 47% de los residuos son orgánicos (Censo Nacional 2010 realizado por el INDEC, Instituto Nacional de Es-tadística y Censos).

De acuerdo con Ecogas25, la empresa distribuidora de gas natural provincial, el metro cúbico de gas natural por distribución domiciliaria tiene un costo de $ 0,14, que es diez veces menor que el metro cúbico de gas envasado en garrafa ($ 1,23). En General Alvear, la provisión de gas se realiza actualmente por medio de envases de diferentes tamaños, entre los que se encuentran: garrafones de 0,5 m3 (225 kg); tanques de 1,00 m3 (450 kg), 2,2 m3 (950 kg.) 4,00 m3 (1800kg) y 7,3 m3 (3285kg), o la garrafa social de 0,02 m3 (10 kg).

La garrafa social de 10 Kg cuesta $ 16, y de acuerdo a los cálculos realiza-dos para abastecer a una familia de cuatro personas, se necesitarían 250 Kg con un costo de $ 400/día, suponiendo que utilizan el Gas Licuado de Petróleo (GLP) para cocinar, calefacción en invierno y agua caliente todo el año. Si esto fuera así, los habitantes de este departamento tendrían un altísimo gasto de dinero en gas envasado. Esta situación mencionada no es habitual, y las familias reducen el gasto reemplazando el gas envasado por otra fuente de energía como la leña, que tiene un costo de $ 0,80 por kilo, por lo que solo para calefacción se necesi-tarían por día unos 25 Kg, aproximadamente, significando esto $ 20 por día, solo

25 http://www.ecogas.com.ar/appweb/leo/ecogashigh.php


en calefacción, y un costo ambiental como la generación de material particulado emitido al aire, la deforestación y pérdida de biodiversidad, y la emisión de CO2 a la atmósfera.

Analicemos ahora la instalación de un digestor. Lo más costoso es la inver-sión inicial de aproximadamente unos $ 4.500. La bolsa de geomembrana tubular tiene un valor medio de mercado de $ 3.300 (Ferretería polirubros Llaver Agrico-la, Mendoza, Argentina), el resto cubre todos los accesorios necesarios y los materiales de construcción para el recinto que protegerá al digestor. A simple vista es un costo considerable para una familia rural. Sin embargo, esta inversión se amortiza en medio mes con el ahorro de comprar gas envasado y leña para calefacción. A este ahorro, se puede sumar el beneficio de la comercialización del biofertilizante, constituyendo una propuesta atractiva desde el punto de vista económico. De este modo se demuestra la posibilidad de realización y factibili-dad económica del proyecto26.

Identificar los beneficios del uso de biogás doméstico

Se pretende caracterizar los beneficios que la instalación de biogás domi-ciliario aportaría a la comunidad o familia que lo utilice. Para esto se emplea-rán indicadores que permitan evaluar la calidad de vida. Hace poco tiempo en la Argentina, como en otros países latinoamericanos, surgió una iniciativa de la sociedad civil orientada a monitorear estos indicadores, llamada “Observatorio ciudadano”. En Mendoza se denomina “Nuestra Mendoza”27, y tiene como obje-tivo sistematizar y analizar información relevante para los diferentes temas que afectan la calidad de vida de los ciudadanos mendocinos.

26 http://www.sartinigas.com.ar/granel.htm

27 http://www.nuestramendoza.org.ar/observatorio-ciudadano/que-es-el-observatorio-ciudadano/


RESULTADOS ESPERADOS Y CONCLUSIÓN

Con el desarrollo de este proyecto se espera proveer a familias sin acceso a gas natural de biogás por medio de la fermentación de estiércol y residuos orgánicos domiciliarios, ofreciendo una alternativa energética sustentable. Se considera que esta alternativa es sustentable porque, desde el punto de vista am-biental, se evita el desmonte, la deforestación, la contaminación por emisiones de metano a la atmósfera, la reducción de los impactos por toxicidad, la posible contaminación de napas y un elevado rendimiento de las cosechas por el uso de fertilizantes orgánicos. Desde el ángulo económico, es una alternativa de baja inversión, que se recupera prontamente evitando la compra de gas envasado o leña, además de la posibilidad de obtener beneficios monetarios con la venta del biofertilizante. Finalmente, desde el punto de vista social, se produciría una mejo-ra en la calidad de vida de los habitantes sin acceso a gas natural.

Se concluye que el proyecto cumple con los requisitos del desarrollo susten-table porque: en primer lugar, no daña el medio ambiente desde la visión ecoló-gica, sino que aprovecha los residuos generados por el hombre y el ganado; en segundo lugar, produce un beneficio económico a los usuarios; y finalmente, es socialmente equitativo, porque posibilita a los usuarios el acceso a un servicio básico mejorando su calidad de vida.


Ver pie de páginas.


GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE PEQUEÑOS APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS. ESTUDIO DE UN CASO PRÁCTICO PARA EL ABASTECIMIENTO DE UN REFUGIO DE MONTAÑA

AUTORES Pablo Daniel MeinardoGuillermo Javier García

ORIENTADOR Livio Sebastián MaglioneUniversidad Nacional de Río CuartoIngeniería Mecánica 5° año


AUTORES Pablo Daniel MeinardoGuillermo Javier García

ORIENTADOR Livio Sebastián MaglioneUniversidad Nacional de Río CuartoIngeniería Mecánica 5° año

Considerando la distribución de energías alrededor del mundo, pode-mos distinguir a la hidroeléctrica como la menos explotada. Aun así

sabemos que la misma es segura, renovable y limpia cuando se maneja con pre-caución. Como se puede observar en la Figura 1, alrededor del 82% de la ener-gía producida por el mundo contribuye al calentamiento global. La iniciativa no pretende modificar el diagrama, pero sí pretende mejorar la calidad de vida de residentes de zonas aisladas, contribuyendo a la preservación del medioambien-te y promoviendo una conciencia de sustentabilidad en las personas allegadas al proyecto directa e indirectamente.

Figura 1

Nuclear45%

Gas21%

Hidroeléctrica2%

Otras10%

Carbón27%

Petróleo34%


Se estudiará la posibilidad de implementar pequeños generadores de ener-gía eléctrica utilizando recursos hidráulicos de ciertas características en zonas con disponibilidad de dichos recursos. Estos generadores cumplirán la demanda promedio de un grupo familiar y podrán ser construidos con piezas mecánicas recicladas o de bajo costo.

INTRODUCCIÓN

Nuestra iniciativa surge luego de evaluar la importancia de la generación de energía limpia y renovable. El potencial energético de los ríos y arroyos en la Argentina está mínimamente explotado. De esta manera, decidimos estudiar la viabilidad de la instalación de pequeñas centrales generadoras de electricidad para cubrir las necesidades de pequeños asentamientos poblacionales en donde no es factible el acceso a la red energética nacional.

En la Argentina, la factibilidad de aplicar este tipo de tecnologías es mayor en zonas montañosas tales como las que se encuentran en el oeste, que están en con-tacto con la Cordillera de los Andes, o en zonas de sierra, como las provincias de San Luis o Córdoba, ya que presentan gran cantidad de pequeños arroyos alrededor de los cuales se asientan pequeñas civilizaciones o simplemente grupos familiares. Para este proyecto se podría considerar la utilización de turbinas tipo Francis, sin embargo, estas son de mayor costo y complejidad, requieren personal capacita-do para su mantenimiento, obras civiles más costosas y caudales más importan-tes, lo que lleva a una mayor infraestructura. Por tal motivo, nos centraremos en sistemas de generación con turbinas Pelton, cuyo funcionamiento es eficiente con pequeños caudales y presiones medianas y grandes. Trabajar con turbinas Pelton nos da la posibilidad de conectar nuestro sistema a un generador de ma-nera sencilla y económica, y nos permite proyectar un sistema de fácil manteni-miento e instalación y una larga duración.

Para el cálculo y proyecto de la máquina es necesario contar con valores determinados de caudal de agua y presión, los cuales están dados por la altura


disponible del recurso. Para contar con estos datos seleccionamos a modo de ejemplo una zona geográfica de la Argentina, a partir de la cual obtendremos dichos valores y procederemos a los correspondientes cálculos.

HIPÓTESIS

Existe la posibilidad de construir una máquina que convierta la energía hi-dráulica en eléctrica, generando un bajo impacto ambiental y utilizando compo-nentes de bajo costo. Dicha máquina no requeriría grandes conocimientos técni-cos para su instalación, utilización y mantenimiento.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

• Transferir la tecnología de pequeños generadores hidráulicos a regiones en donde existen recursos hídricos aptos para pequeñas turbinas Pelton y el acceso a la red de energía es poco factible.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Adaptar una turbina del tipo Pelton para la generación de electricidad a un lugar geográfico de la Argentina, en este caso, a la zona oeste de las sie-rras cordobesas, en donde es muy costoso o imposible suministrar energía desde la red nacional de energía eléctrica.

• Seleccionar un rodete de turbina de catálogo y diseñar las partes com-plementarias del sistema de generación de energía, acorde a las alturas y caudales disponibles en la zona geográfica seleccionada.


• Utilizar como generador un alternador de automóvil que se pueda adquirir fácilmente en un desarmadero o taller mecánico a bajo costo.

• Analizar el impacto ambiental de la instalación.• Generar conocimiento.

GENERALIDADES DE LAS TURBINAS PELTON

Una turbina Pelton es una turbomáquina, de flujo transversal, admisión par-cial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas. Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes y medianos saltos hidráulicos de bajo caudal.

MICROTURBINAS PELTON

Se usan en zonas rurales aisladas donde se aprovechan los recursos hi-droenergéticos que existen en pequeños ríos o quebradas para transformarlos en energía mecánica o eléctrica. Para hacer posible este proceso, se tiene que hacer un grupo de obras, así como obtener equipos especiales; estos se dividen normal-mente en tres grupos: obras civiles, equipo electromecánico y redes eléctricas.

MINITURBINAS PELTON

Según las normas europeas, las minicentrales hidroeléctricas son aquellas que están comprendidas en el rango de 100kW a 1000kW de potencia. La organización Latinoamericana de Energía clasifica en el rango de 50kW a 500kW. Los modelos desarrollados por ITDG, cubren el rango de 50kW a 1000kW. El campo de aplicación es muy amplio, sobre todo para las poblaciones locales de zonas aisladas.

PICOTURBINAS PELTON

La aparición de picocentrales hidroeléctricas y, consecuentemente, de pico-turbinas, tiene apenas una década. El rango de picocentrales está por debajo de


los 10kW. Las picoturbinas se aprovechan por los recursos hidráulicos existentes en quebradas muy pequeñas, manantiales u otras fuentes donde existen algunos chorros de agua y alguna pequeña caída que podría transformarse en energía mecánica o eléctrica.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA APLICACIÓN DE ESTA TECNOLOGÍA

Como ventajas del uso de la tecnología de microturbinas se pueden destacar las siguientes:

• Permitiría aprovechar el importante potencial hidráulico disponible en las zonas montañosas de la Argentina cumpliendo con los principios básicos de la sustentabilidad.

• Propicia la generación de tecnología como capital para el país.

• Uso de tecnologías locales y capacidades locales en la implementación de MTH y los correspondientes sistemas complementarios.

• Utilización de equipos y sistemas relativamente sencillos y robustos.

• Muy poco impacto ambiental, tanto en la construcción como en la opera-ción del pequeño aprovechamiento.

• Combustible renovable y prácticamente sin costo.

• Costo de implementación relativamente bajo.

• Las MTH que operan en forma aislada facilitan el acceso a un mejor nivel de vida de los pobladores rurales, brindándoles la oportunidad de conocer los beneficios más elementales que brinda la energía eléctrica.

• A partir de pequeñas centrales hidroeléctricas, puede lograrse un plan de abastecimiento energético al que se asocian otros aspectos que hacen al desarrollo integral de los recursos disponibles en cada región, obteniendo ventajas sociales y económicas, y posibilitando un desarrollo productivo, con crecimiento sustentable y genuino.


• Generación limpia, económica (no hay costo de combustible) e inagotable.

• Sustitución de combustibles fósiles y ahorro de sus emisiones contami-nantes.

• Posibilidad de beneficios adicionales como riego, agua potable, turismo y recreación, además de la generación de electricidad.

• Larga vida útil.

• Empleo de recursos y mano de obra nacionales. Tanto la construcción de las obras civiles como del equipamiento hidro-electro-mecánico pueden ser encomendados a empresas argentinas.

Entre las desventajas:

• Mayor tiempo de implementación. Por ejemplo, comparado con la energía fotovoltaica.

• Si bien requieren bajos caudales para su funcionamiento, también requie-ren saltos de altura importantes para generar la acción, característica que no está disponible en la totalidad de los casos.

• Faltan incentivos concretos desde los entes gubernamentales para la in-vestigación, estudio e implementación de nuevos equipos y/o sistemas para la ejecución de este tipo de proyectos, y eso puede dejarle lugar a otras tecnologías más desarrolladas pero menos sustentables.

INFORMACIÓN DE LA ZONA ELEGIDA PARA EL PROYECTO

Como se destacó anteriormente, para la utilización de turbinas tipo Pelton se requieren afluentes con saltos importantes para generar la presión necesaria con la que trabajan estas máquinas. Sin embargo, no necesariamente tiene que ser caudaloso. En el lado oeste del cordón montañoso de las sierras de Córdoba, abundan arroyos con estas características debido a la forma del perfil de eleva-ción de este frente, tal como lo muestra la Figura 2.


Figura 2

El lugar seleccionado para este estudio es un refugio que se encuentra sobre el Arroyo Tabaquillos, el cual está próximo a la localidad de Los Hornillos, en la provincia de Córdoba. Se caracteriza por transportar caudales de agua bajos, pero pueden encontrarse sobre él una variedad de cascadas de diferentes altu-ras. En la Figura 3 se muestra el recorrido grabado por un GPS cuando se visitó el lugar, desde la localidad de Los Hornillos.

Figura 3

El arroyo nace dentro de un bosque de tabaquillos, en el cual hay una gran cantidad de vertientes que mantienen un caudal bajo pero constante durante las cuatro estaciones.


Este refugio fue construido por la agrupación local “El Pirkero, Reserva Na-tiva” con el fin de fomentar el turismo aventura en la zona y brindarles un lugar seguro para refugiarse del clima a turistas que visitan diferentes puntos relacio-nados con este tipo de turismo.

El turismo es una de las principales fuentes de ingresos para la localidad de Los Hornillos, y en los últimos años ha tomado gran importancia el turismo aven-tura promoviendo una fuerte actividad no solo en la zona urbana, sino también en las zonas rurales.

La Figura 4 muestra la estructura del refugio por fuera. La idea es que el lugar cuente con provisión de energía eléctrica para utilizar en la iluminación nocturna principalmente, tanto dentro del refugio como en la zona aledaña utilizada para acampar. Se seleccionó este lugar ya que presenta la mayoría de los inconvenien-tes técnicos para el desarrollo del proyecto, por la ubicación, altura e inaccesibili-dad, y está en la ribera de un arroyo con características típicas para la zona.

Figura 4


VÍAS DE ACCESO AL LUGAR

Al lugar solo se puede acceder caminando y se puede transportar materia-les de construcción con la ayuda de animales habituados a tal fin, como mulas y caballos.

EL ACCESO A LA ENERGÍA

No es factible en esta zona tener acceso a la red nacional de energía, ya que las autoridades gubernamentales de Los Hornillos no justifican la inversión debido a la baja densidad poblacional de la zona.

ESTIMACIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO DEL REFUGIO Y BANCO DE BATERÍAS NECESARIO

El consumo promedio del refugio rondaría los 22.850 Wh, según cálculos es-timativos que no se incluyen en el informe, y sería necesario un banco de dos baterías de 180 Ah, considerando que la turbina sigue funcionando por la noche, en donde se produce el mayor consumo de energía. Una gran ventaja de la ge-neración hidroeléctrica es que es continua (comparada, por ejemplo, con la solar o eólica), independientemente de la hora del día, lo que reduce la cantidad de baterías a utilizar, abaratando los costos de inversión inicial.

DISEÑO DE COMPONENTES

GENERALIDADES

Se ha buscado un diseño simple y de bajo costo, eficiente, durable y ami-gable con el entorno. Para los procesos de fabricación se cuenta con planos de ensamblaje general, planos de detalle de cada una de las piezas, así como guías


de instalación de la máquina, operación y mantenimiento, sin embargo, en este informe solo se incluye un plano al final, con las medidas generales, con el fin de tener una visión general de la estructura proyectada. Para completar la unidad de generación se utiliza un alternador de automóvil, por motivos que se detallan más adelante.

RODETE DE TURBINA

El único proveedor de rodetes de turbinas Pelton que encontramos en el mercado a nivel Latinoamérica y del cual pudimos obtener catálogos es la firma ITDG de Perú. El cálculo y selección del rodete se presenta en el Anexo 1.

El rodete seleccionado para las necesidades del refugio es el modelo IT-PE-P175, cuyos álabes son fabricados en bronce y van empernados a un cubo de acero estructural AISI 1045. Estas ruedas son maquinadas y con balanceo dinámico.

ITDG ha realizado transferencias de tecnología a pequeños talleres en Perú, Bolivia, Brasil, Nicaragua, Sri Lanka, Nepal y, antiguamente, a la Argentina. Este convenio se acabó por motivos políticos. Actualmente, la firma cuenta con un paquete tecnológico para los modelos que se describen en el anexo, que inclu-yen planos de fabricación, moldes y modelos, guía de fabricación y de montaje, o directamente los rodetes listos para ser montados.


COMPONENTES ELÉCTRICOS

El circuito básico de un automóvil es el que se detalla en la Figura 5, y es el que debemos imitar.

Figura 5

Generador: se utilizará un alternador de automóvil. Como el criterio de diseño básico es la economía y la sustentabilidad, se elige un alternador que cumpla con los requisitos mínimos de diseño, que tenga una buena durabilidad y que abun-de en el mercado. Consultando en Internet, encontramos que el alternador del Renault 12 cumple con todas estas condiciones. Sin embargo, se podrían utilizar otros modelos con una correspondiente adaptación de la velocidad de giro.

ALTERNADOR

Generador de corriente alterna

Rectificador (puente de diodos)

Regulador de tensión

Corriente continua

Aparatos eléctricos Bateria


Figura 6

La intensidad de corriente que puede proporcionar un alternador girando a distintas revoluciones a que es sometido por parte del motor de combustión, se representa generalmente por medio de curvas características que están en función del régimen de giro, las cuales están referidas siempre a una tensión constante. En la Figura 7 se destacan algunos puntos que son de particular impor-tancia en cuanto a las características del alternador, y se utilizaron para diseñar la transmisión desde el eje de la turbina hacia el eje del alternador.

Figura 7

A

120

100

80

60

40

20

0

kW

6

5

4

3

2

1

0 no 4.000 8.000 12.000 rpm Velocidade de rotación del alternador n

Com

anta

del

alte

rnad

or I

Pote

ncia

de

acci

onam

ento

P

P1

IIN

nN

nL

IL

nmax

Imax


Regulador de tensión: la función del regulador de tensión es mantener cons-tante la tensión del alternador, para que la carga de las baterías sea adecuada y no haya exceso de tensión en las cargas.

Figura 8

La tensión del alternador depende en gran medida de la velocidad de giro y de la carga a la que éste es sometido. A pesar de estas condiciones de servicio, continuamente variables, es necesario asegurar que la tensión se regula al valor predeterminado.

Figura 9

Regulador

+–

+

Exc

Alternador


El elemento seleccionado para este diseño es el que acompaña al circuito eléctrico del Renault 12.

Inversor de tensión: la función de un inversor es cambiar el voltaje de entra-da de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada para esta aplicación. Se eligió uno de 3.000 W.

Figura 10

CÁLCULO DE CONDUCTOS DE AGUA

La tubería de alta presión es una manguera flexible de 57 mm de diámetro interior y 200 metros de largo, la cual se puede llevar por terrenos irregulares y se la puede cubrir con piedras para evitar el deterioro por la exposición al sol, y por el tránsito de animales. El cálculo de la manguera se puede ver en el Anexo 2.

INYECTOR

Por simplicidad y economía de fabricación y mantenimiento, utilizaremos un inyector fijo a la carcasa mediante bulones. El inyector es un elemento cónico insta-lado al final del tubo distribuidor fabricado en bronce mediante arranque de viruta. Esta instalación utilizará reguladores electrónicos de carga para mantener el voltaje requerido, y por lo tanto no requiere de válvulas de aguja para la regulación de cau-dal, lo que ayuda a mantener los bajos costos de fabricación y mantenimiento.

Las dimensiones de las toberas están en función del diámetro del chorro, el cual se determina utilizando la siguiente expresión.


s

do =4Q

KC 2gH

Donde:

do Diámetro de la sección del chorro, en metros.

Q Caudal en m3

que fluirá por la tobera de la turbina

KC Coeficiente de velocidad de la tobera estimado en 0.97

g Aceleración de la gravedad

H Salto neto con que operará la turbina

do =4Q

KC 2gH

do =4 x 0.012

x 0.97 x 2 x 9.81 x 70

do = 0.0206 m

RODAMIENTOS

Se utilizaron dos rodamientos SKF 6903.

PORTARRODAMIENTO

Se diseñó partiendo del diámetro exterior del rodamiento seleccionado y del an-cho de cara del mismo. Se sujeta mediante cuatro bulones a la estructura principal.

Figura 11


SELLOS

Se utilizan unas placas de chapa fina que van fijadas con los mismos bulones del portarrodamiento.

Figura 12

CARCASA

Es fabricada con planchuelas de acero de 4.75 mm, y 6.35 mm de espesor de calidad estructural SAE 1020.

Figura 13


SISTEMA DE TRANSMISIÓN

Generalmente es difícil hacer que la velocidad de giro del rodete coincida con la del generador o del equipo a accionar. Por ello utilizaremos un sistema de transmisión por correa, cuya relación de transmisión la determinaremos en función del generador elegido. Nuestro generador es un alternador cuyas curvas características se presentan en la Figura 7.

Como explicamos anteriormente, la velocidad óptima de rotación del alter-nador ronda las 6.000, pero la velocidad específica de nuestra turbina es de 1.237 rpm, con lo cual tenemos una relación de transmisión de multiplicación de N/n=D/d=k=4.85. Sabemos que el menor diámetro de poleas disponible en el mercado es d=71 mm, entonces D=344.35. Pero el diámetro mayor comercial es de 355, enton-ces, N/n=D/d=k=5 y la velocidad de giro del alternador será de N=6185, la cual es aceptable para nuestra curva de generación.

El procedimiento de cálculo de la correa no se detalla para no extender el infor-me. Quedó definida una correa de sección tipo “A” y con una longitud de 1.306 mm.

Figura 14


IMPACTO AMBIENTAL

El impacto ambiental de una central hidroeléctrica es directamente propor-cional a la magnitud de la misma. En el caso de una central hidráulica de tan pequeña envergadura el impacto es muy bajo, debido a que no existe fauna en tan pequeños caudales, ya que la central está colocada a poca distancia de las vertientes de agua.

En el caso de que hubiera fauna, hay que considerar que la turbina Pelton toma y filtra solo una parte pequeña del caudal total, y en el caudal restante se puede desarrollar cualquier especie de peces, insectos o reptiles que habiten dicho arroyo.

El ruido producido por estas máquinas es apenas superior al producido por el impacto del agua en las piedras, y nunca sería suficiente como para modificar de manera considerable los ecosistemas locales. De todas maneras, se puede reducir bastante con una correcta puesta a punto de los componentes y aislación acústica.

No existe contaminación del agua al pasar por la turbina, salvo que los roda-mientos se encuentren en mal estado y despidan lubricante de sus retenes. Esto se puede controlar con un mantenimiento adecuado.

EVALUACIÓN ECONÓMICA

El costo de cada equipo puesto en el lugar funcionando ronda los $ 9.380 (pesos argentinos). Ese valor tiene en cuenta el costo de todos los materiales me-canizados, elementos de máquinas, baterías, componentes electrónicos, gastos de combustible para transportar los equipos, gastos de personal para la instala-ción de los equipos y otros pequeños gastos. El rodete de turbina tiene un valor de $ 2.288 y es, desde luego, la pieza más valiosa debido a la complejidad de su


diseño y fabricación, y también debido al costo de importación del producto des-de el Perú. Todas las demás piezas se consiguen sin problemas en el país.

En cada caso en particular habrá que analizar la conveniencia de aplicar esta tecnología. Para nuestro caso en la localidad de Los Hornillos, esta tecnolo-gía es la más adecuada, ya que por tratarse de una reserva natural la conserva-ción ambiental es clave y no podrían utilizarse motogeneradores. Por otra parte, al tratarse de un lugar con mucha humedad ambiente, los paneles solares pre-sentan un rendimiento bajo, pues la irradiación solar se ve disminuida, y además solo se pueden utilizar durante el día, obligando a ampliar el banco de baterías, encareciendo el proyecto y dificultando el traslado de materiales. Utilizando el refugio como punto de referencia para el turismo aventura, la inversión se amor-tizaría en poco más de un año.

CONCLUSIÓN

La tecnología de pequeños aprovechamientos hidroeléctricos es cada vez más utilizada en América debido a su bajo impacto ambiental y su bajo costo de mantenimiento, sin embargo, sigue primando la generación de energía mediante la quema de hidrocarburos, con lo cual trabajar en este proyecto generó bastante conocimiento para desafiar esa realidad.

Este proyecto se llevó a cabo con la utilización del rodete de turbina que proporciona la firma ITDG Perú, el cual puede ser adquirido en cualquier parte del mundo, siendo el elemento más costoso, por lo que lo ideal sería obtener de dicha empresa la transferencia de esta tecnología a la Argentina de manera de poder reducir el costo de utilización e incentivar el desarrollo y fabricación nacional de estos dispositivos, generando puestos de trabajo y crecimiento industrial.



Federico Coz – Manual de Mini y Microcentrales Hidráulicas – Teodoro Sánchez, 1996.

ITDG – Turbinas Pelton – Tecnologías desafiando la pobreza.

Manuel Polo Encinas – Máquinas Hidráulicas – Editorial Limusa, México, 1979.

Universidad nacional mayor de San Marcos – Diseño de una turbina de río para la generación de electricidad en el distrito de Mazán – Región Loreto.

ANEXO 1 – SELECCIÓN DE LA TURBINA

La cascada más cercana al Refugio Tabaquillos tiene 70 metros de altura. El caudal es de, aproximadamente, 12 litros/segundo. Si utilizáramos todo el caudal eliminaríamos la cascada, con lo cual quitaríamos un punto turístico del paisaje, siendo que una de las metas es fomentar el turismo aventura en la zona. Por esta razón, utilizaremos la mitad del caudal, esto es unos 6 litros/segundo. El control del caudal se logrará mediante una válvula o llave de paso dispuesta antes de la tobera. Utilizando estos valores de altura y caudal, y guiándonos por el catálogo de los fabricantes ITDG, pudimos seleccionar la turbina adecuada. Entrando con 70 metros de altura y con 6 litros/segundo de caudal, conviene utilizar un modelo IT-PE-P175 con un solo inyector.

MODELO DIÁMETRO DE RODETE (MM)

VELOCIDAD ESPECÍFICA (NS)

POTENCIA MÁXIMA (W)

IT-PE-P110 110 6-7 50 a 400IT-PE-P150 150 8-24 100 a 3.000IT-PE-P175 175 7-25 400 a 5.000


El rango de aplicación de las turbinas Pelton está definido por los números específicos de revoluciones NS . Este valor figura en el catálogo de las turbinas, y para nuestro modelo oscila entre 7 y 25.

N =NSH

P

En donde,

N Revoluciones por minuto de la turbina

NS Velocidad específica de la turbina (suponemosNS =20)

H Altura efectiva (calculado más adelante)

P Potencia al freno en CV = 6,7 (5kW)

N =NSH

=20 . (58)

= 1237 rpmP (6,7)

Esta es la velocidad de rotación de la turbina para un número específico de revoluciones de 20.

ANEXO 2 - CÁLCULO DEL CONDUCTO DE PRESIÓN

El diámetro de la tubería de presión se determina a partir de la siguiente ecuación:

d = 0.35 Q2LHb


Donde

Q Caudal medido en m3

= 6/1000

L Longitud de la tubería de presión (m) = 200 m

Hb Altura bruta (m) = 70 m

Reemplazando los datos en la ecuación anterior se obtiene el valor del diá-metro de la tubería de presión en metros (m).

d = 0.048 m

A partir de aquí seleccionamos un diámetro comercial de la marca Dunlop Argentina. El diámetro comercial elegido es de 51 mm. Ahora corroboramos las pérdidas de carga. El compuesto interno de la manguera seleccionada es EPDM (monómero de etileno propileno dieno (clase M) de goma) y su rugosidad es de 0.an003 mm.

K=

0.003= 0.0000588

d 51

El número de Reynolds,

Re = 1479495Q

= 174058d

Entrando al diagrama de Moody, obtenemos el factor de fricción:

f = 0.0150

Se calcula la pérdida de carga debido a la fricción de la pared de la tubería. Las pérdidas de carga por fricción se determinan de la siguiente ecuación:

hf = 0.08fLQ2

= 25 md5

s


Como vemos, la pérdida de carga es muy importante con este diámetro de tubería. Aquí necesitamos aplicar una solución de compromiso. De los 70 metros podemos bajar hasta 55 utilizando la misma turbina, con lo cual la pérdida no pue-de ser superior a 15 metros. Probando todos los diámetros comerciales, notamos que con un diámetro de 57 mm, tenemos una pérdida de 14,35 metros. Entonces, finalmente seleccionamos ese diámetro comercial.



AUTORA Leila MoraORIENTADOR Salvador Gil

Universidad Nacional de San MartínIngeniería - Medio Ambiente 4° año


Uno de los grandes desafíos del siglo XXI es satisfacer la demanda de energía de vastos sectores sociales que se están incorporando al

consumo y al mismo tiempo disminuir las emisiones de Gases de Efecto Inverna-dero (GEI), que produce la quema de combustibles fósiles. Hay evidencias cada vez más claras, de que el calentamiento global tiene causas antropogénicas. Es necesario hacer un Uso Racional y Eficiente de la Energía (URE). En la Argentina, aproximadamente el 30% de la energía que se consume se utiliza en viviendas y edificios. Cerca de la mitad de esta energía se utiliza en acondicionamiento tér-mico de ambientes (calefacción y aire acondicionado).

En la zona central de la Argentina, a unos pocos metros de la superficie, la temperatura del suelo es muy estable todo el año y muy próxima a unos 19,2 ± 3 °C, muy cercana a la temperatura de confort. La Tierra se comporta como un colector y acumulador de energía. Las variaciones diurnas de la temperatura no penetran más allá de 0,5 m y las estacionales no superan una profundidad de 2 a 4 m. Más allá de estas profundidades, la temperatura se mantiene constante en el tiempo. Su valor es aproximadamente de 1,7 ºC mayor que el valor medio de la temperatura anual del aire en la superficie, esta temperatura en la zona central de la Argentina es de aproximadamente 18 ± 0,5 °C. De este modo, la temperatura a unos pocos metros del suelo es muy próxima a la temperatura de confort a lo largo de todo el año. El potencial térmico de la Tierra puede ser explotado utilizan-do tubos enterrados que actúan como intercambiadores de calor con el interior de los edificios. Estas propiedades térmicas del suelo se han usado por siglos en bodegas de almacenamiento de alimentos y en viviendas subterráneas, como en las Ruinas de Quilmes del siglo XV, en el Valle Calchaquí, Tucumán, Argentina. Otros ejemplos de este tipo se encuentran en la costa del Mediterráneo y en el norte africano.


En este trabajo se presentan los resultados de un estudio realizado usando un sistema de tubos enterrados en la CasaE de la Empresa BASF S.A. en Tortugui-tas, provincia de Buenos Aires, Argentina. Los resultados indican que es posible disminuir los consumos de energía en forma notable, tanto de calefacción como de refrigeración. Si estos sistemas se combinan con adecuada aislación térmi-ca de las envolventes y adecuado diseño, los ahorros de energía en acondicio-namiento térmico de interiores podrían ser superior al 70%, comparado con los sistemas prevalentes en la actualidad, caracterizados por poca aislación térmica de envolventes. Además de las ventajas medioambientales, la utilización de este tipo de sistemas puede ser un aporte interesante para disminuir nuestras impor-taciones de energía y preservar nuestros recursos naturales.

INTRODUCCIÓN

Uno de los desafíos científicos de mayor interés y revelación en esta primera parte del tercer milenio, es poder predecir la evolución de las condiciones climá-ticas del planeta y dilucidar, con la mayor certeza posible, el origen y las causas del calentamiento que ha venido ocurriendo en la Tierra durante el último siglo. La civilización se desarrolló durante los últimos milenios, que sucedieron a la última glaciación ocurrida hace unos 10.000 años [1,2]; durante ese período la temperatu-ra media de la Tierra era de unos 5 ºC más baja que en la actualidad. La tendencia de la temperatura de los últimos 50 años indica que la misma se está elevando a razón de unos 2,0 ± 0,2 ºC/siglo, ver Figura 1. De persistir esta tendencia, en dos siglos habrá ocurrido un incremento de la temperatura de magnitud comparable a la ocurrida desde hace unos 10.000 años. Esta posibilidad podría ser una seria amenaza para toda la humanidad. Es crucial para el futuro de nuestra civilización, considerar que estas tendencias térmicas son, en gran parte, consecuencia de la actividad humana [1, 3, 4].


Figura 1 – Incremento de las temperaturas medias globales de la Tierra y los océanos entre 1880-2010, respecto de la media de 1951-1980. La línea punteada es el valor medio entre 1951 y 1980, tomado como referencia. Los círculos son las medias anuales y la línea gruesa es la media móvil de 5 años. La línea recta es un ajuste a la media móvil de los últimos 30 años. Fuente: NASA GISS [2, 5].

Existe un importante consenso en la comunidad científica con respecto a que el incremento del dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera y otros Gases de Efecto Invernadero (GEI) como el metano (CH4), óxido nitroso (N2O), clorofluorocarbonos (CFCs) y ozono (O3), entre otros, está relacionado con este calentamiento [1, 3].

El uso intensivo de combustibles fósiles, que ha tenido lugar a partir del inicio de la Revolución Industrial y más notablemente a partir de la segunda mitad del siglo XX, ha incrementado el CO2 en la atmósfera. Uno de los grandes desafíos del siglo XXI es satisfacer las crecientes demandas de energía del mundo, incluir a vastos sectores sociales de bajos recursos en el uso de la energía y, al mismo tiempo, disminuir las emisiones de GEI [3, 6]. Hay fundados indicios que sugieren que el incremento de las temperaturas globales es consecuencia, en buena me-dida, de la actividad humana [3, 6, 7]. Por lo tanto, es necesario disminuir las emisio-nes de GEI y hacer un uso más racional y eficiente de la energía [3, 6].


Como se puede observar en la Figura 2, en la Argentina el consumo de ener-gía en edificios (residenciales, comerciales y públicos) es de aproximadamente el 32 % del total. De este consumo, alrededor del 58 % se usa en edificios para acondicionamiento de aire, calefacción y refrigeración. Por lo tanto, al menos el 18 % del consumo energético total del país, se emplea en acondicionamiento tér-mico. En los EE.UU. el consumo de energía en edificios es de alrededor del 40 %. Se estima que la proporción de energía usada en acondicionamiento térmico de interiores es superior al 20% de toda la energía usada en ese país. Desde luego, dependiendo del tipo de clima, del tamaño, características de la construcción y prestaciones de los edificios, la fracción de energía que se usa en acondiciona-miento térmico del aire interior varía de lugar en lugar, pero en general es una fracción muy significativa de la matriz energética [6].

Transporte30% Industrial

26%

Agropecuario6%

Residencial24%

No energético6%

Calefacción + Aire Acondicionado

58%

Acondicionamiento Térmico18,5% del total

Calentar Agua8%

Cocción4%

Iluminación4%Refrigeración5%

Otros17%

Comercial y Público

8%

Figura 2 – Usos de la energía en la Argentina. Aproximadamente el 18% del total de la energía se utiliza en acondicionamiento térmico de ambientes. Fuente: Secretaría de Energía de la Nación (2011) [8].

Dada la magnitud de estos consumos, es preciso explorar todas las alter-nativas para hacer un uso más racional y eficiente de los recursos energéticos disponibles y disminuir las emisiones de GEI [9].


DESARROLLO

Se introdujeron en una sonda varios sensores térmicos para monitorear las temperaturas del suelo en función del tiempo. Se colocó la sonda con los termó-metros en el suelo a la intemperie, como se observa en la Figura 3. Las tempera-turas se registraron cada hora a lo largo de un año.

Figura 3 – Arreglo experimental para medir las ondas térmicas del suelo a diversas profundidades.

Una vez caracterizadas las propiedades térmicas del suelo, se realizó otra experiencia de campo en una casa con eficiencia energética ubicada en Tortu-guitas, provincia de Buenos Aires, denominada CasaE. Esta casa, de propiedad de la empresa BASF, fue facilitada para realizar el estudio que se detalla a con-tinuación [10]. Se utilizó un tubo de policloruro de vinilo (PVC) de 75 m de longitud, 20 cm de diámetro y 8 mm de espesor, instalado en forma horizontal y zigzag,

Profundidad Z Termómetros conectados a una PC


enterrado a 2 m de profundidad, Figura 4. Con el aire fluyendo a una velocidad de aproximadamente 5 m/s, se obtuvieron datos de temperaturas del aire a la entrada y a la salida del tubo cada 15 minutos, y se registraron durante un año.

Figura 4 – Esquema de vivienda con tubos enterrados para el acondicionamiento térmico de ambientes, utilizando la energía de la tierra como intercambiador de calor [11, 12]. Para que este sistema de acondicionamiento térmico resulte efectivo, es necesaria una adecuada aislación térmica de la vivienda en ventanas, pa-redes y techos.

Entrada de aire exterior

2 m

75 m

Salida de aire viciado


RESULTADOS

En un estudio con información obte nida desde el día 28 de marzo de 2012 hasta el día 29 de mayo del mismo año, en los terrenos del INTI (Instituto Na-cional de Tecnología Industrial) se representan datos medidos de temperaturas a diferentes profundidades del suelo, en función del tiempo. El termómetro que se encuen tra más cerca de la superficie de la tierra presenta mayor amplitud térmica que aquellos que están enterrados más profundamente. Se observa una atenuación de la onda térmica a medida que esta penetra en el suelo, lo que es característico de un fenómeno difusivo, como lo es la conducción del calor. Así, la tierra actúa como un filtro paso bajo. Las frecuencias altas son atenuadas pau-latinamente a medida que se penetra en la tierra. La temperatura posee un rango de variación muy amplio en los primeros centímetros de profundidad del suelo. Sin embargo, esta variación se va reduciendo conforme aumenta la profundidad. La radiación solar calienta la superficie del suelo durante el día y esta se enfría a lo largo de la noche. De esta forma, se genera una especie de onda térmica diaria, que va penetrando en la tierra.

El fenómeno de conducción de calor en el suelo se puede modelar adecuada-mente usando la ecuación de difusión del calor de Fourier. Las “ondas de calor”1 en el suelo se propagan con una velocidad y una atenuación que dependen de la difusividad del suelo y la frecuencia de la onda [14]. Las ondas de mayor frecuencia se atenúan más rápidamente que las de baja frecuencia. Las únicas variaciones que se observan son las de baja frecuencia, o sea variaciones semanales o men-suales. Asimismo, las ondas térmicas que están a mayor profundidad, muestran un retardo al llegar a su máximo, reflejando la velocidad finita de la onda una

1 En rigor, la ecuación de difusión del calor no es una ecuación de ondas en el sentido matemático estricto. Sin embargo, sus soluciones tienen características que se pueden asimilar a una onda que se propaga en un medio dispersivo con atenuación. De allí que resulta útil describir las solu-ciones de la ecuación del calor como ondas térmicas.


menor amplitud térmica y curvas más suaves, lo que muestra la atenuación rea-lizada por la tierra.

Las lluvias pueden producir rápidos y marcados cambios en las temperaturas superficiales del suelo. Estas desviaciones se pueden explicar por la alteración que el agua produce en la difusividad del calor en el suelo. Dichas desviaciones ocurren en los días inmediatamente después de fuertes lluvias, que claramente afectan la difusividad del terreno, pero al cabo de un par de días este se recupera y la temperatura vuelve a sus valores normales.

En la Figura 5 se muestran las temperaturas medidas a diferentes profundida-des y realizadas en los terrenos del INTI, a lo largo de un año. En esta figura tam-bién se incluyen los resultados del modelo teórico que se desarrolló para explicar estos datos. Se observa que el modelo reproduce, en general, el comportamiento de los datos medidos a diferentes profundidades del suelo. La temperatura del suelo a 0,9 m de profundidad se mantiene entre los 19,8 ± 5,5 ºC durante todo el año, temperatura que puede ser utilizada para la climatización de edificios, tanto en invierno como en verano. En la leyenda del gráfico, la letra T representa las temperaturas medidas y z las temperaturas halladas mediante cálculo.

Figura 5 – Temperaturas medidas (T) y modeladas teóricamente (z) a diferentes profun-didades en función del tiempo. Estos datos fueron obtenidos desde el día 28 de marzo de 2012 hasta el día 28 de marzo del año siguiente (un año), en los terrenos del INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial).


El modelo teórico desarrollado, basado en la ecuación de difusión del calor, es muy adecuado para explicar las variaciones de temperatura en el terreno [14]. A partir del ajuste de los datos experimentales con el modelo teórico desarrolla-do, se hizo un análisis de las temperaturas a diferentes profundidades del suelo en verano y en invierno. Desde luego, estas propiedades pueden variar de un lugar a otro dependiendo de las propiedades del suelo, pero en general tienen un perfil similar al que se muestra en la Figura 5. A más de 4 m de profundidad la temperatura se mantiene constante, cercana a la de confort.

0 1 2 3 4 5 6

27

25

23

21

19

17

15

13

11

T (ºC

)

Z (m)

Verano (enero)T ≈ 19,8 ºC

T ≈ 18,2 ºCInvierno (julio)

Figura 6 – Variación de la temperatura del suelo a distintas profundidades en las adya-cencias de la ciudad de Buenos Aires, en el invierno (curva amarillo) y en el verano (curva gris). La línea vertical corresponde a la posición de los puntos de inversión de las temperaturas.

La Figura 6 muestra la variación de la temperatura en función de la profundidad z, de la onda de calor en la Tierra generada en dos meses del año, enero (verano) y julio (invierno). En la figura se puede observar que en Buenos Aires y regiones ale-dañas, a una profundidad de aproximadamente 4 m, en invierno puede haber una temperatura de 19,8 ºC y en verano una temperatura de 18,2 ºC. En otras palabras, a esta profundidad se produce una inversión térmica: la temperatura es más alta que el promedio de temperatura ambiente en invierno y más baja que el promedio de dicha temperatura en verano. Por consiguiente, esta es la profundidad óptima donde sería conveniente enterrar los tubos para optimizar el intercambio térmico con los ambientes interiores [13]. Sin embargo, si se colocan los tubos a 2 m de pro-


fundidad, ya pueden lograrse los efectos buscados. La ventaja de colocar los tubos enterrados a 2 m de profundidad es que se disminuyen los costos de instalación.

Una vez caracterizadas las propiedades térmicas del suelo, entre el día 16 de marzo de 2012 y el 16 de marzo del año siguiente (un año), se realizó un ensayo preliminar en la CasaE que la Empresa BASF tiene en Tortuguitas, Buenos Aires, Argentina. Se observa que la temperatura de salida es casi constante, aún en pe-riodos en los que la temperatura ambiente está todo el día por debajo del valor medio anual de la temperatura en ese lugar. La temperatura de salida del aire, luego de recorrer los tubos enterrados, siempre se mantiene entre 16°C y 23°C, que es un rango de temperatura de confort. La temperatura del aire, luego de recorrer el tubo enterrado no es inferior a los 13°C y no supera los 25°C a lo largo de un año.

Se exploró la potencialidad del uso de tubos enterrados como medio de acon-dicionamiento térmico de ambientes [14]. Para que este esquema de acondiciona-miento de aire sea adecuado para una vivienda, es necesario que se minimicen las pérdidas de calor en las paredes y techos. Es decir, la vivienda debe tener condicio-nes de aislación térmica adecuada. Algunos materiales en venta en la actualidad permiten lograr este objetivo sin grandes gastos, sobre todo en viviendas nuevas.

Los sistemas geotérmicos podrían utilizarse en combinación con bombas de calor (especie de acondicionador frio-calor de gran eficiencia energética). En ese caso, la tierra actuaría como un preacondicionador de aire, útil tanto en verano como en invierno. El aire preacondicionado, entra en la bomba de calor, que re-gula la temperatura final para llevarla a la temperatura elegida por los moradores del edificio. De este modo, en un día muy frío con temperaturas cercanas a 0°C, la temperatura del aire al ingreso de la bomba de calor ya ha sido preacondicionada por la tierra, y el aporte calórico que la bomba hace es mucho menor que si el aire frío entrase a la bomba directamente. Algo similar ocurre en los días muy caluro-sos, el aire que debe refrigerar la bomba está más próximo a la temperatura de confort que el aire exterior. De este modo, se requiere un equipo acondicionador más pequeño que el que sería necesario sin el preacondicionamiento producido por los tubos enterrados. Así, los tubos enterrados contribuyen a reducir no solo el costo del equipo, que por ser más pequeño es más económico, sino también su consumo y el costo de la energía asociada. Está claro que los tubos enterrados


por los que circula aire, pueden sustituirse por tubos de menor diámetro por los que circule agua. Como la capacidad calorífica del agua es grande, con flujos moderados de agua podría lograrse eficazmente un intercambiador de calor en-tre el suelo y los ambientes interiores con muy buenos resultados.

MODELO DEL SISTEMA INTERCAMBIO DE CALOR SUELO – AIRE

En el modelo se considera la resistencia térmica total como las sumas de las resistencias de tres procesos en serie: convección en la superficie interna del tubo, conducción en la tubería y conducción en el terreno adyacente [15, 16, 17]. En la Figura 7 se puede observar cómo varía la temperatura del aire desde la entrada al tubo (temperatura ambiente) y a medida que el aire recorre la longitud del tubo ubicado a 2 m de profundidad en el suelo.

T Entrada

T Salida: 20-23º C

30

25

20

15

10

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Figura 7 – Variación de temperaturas del aire en verano (25, 27, 29 y 31ºC) y en invierno (7, 9, 11 y 13ºC) en función de la longitud del tubo enterrado.

En la Figura 7 se puede observar que aunque haya una gran variación de tempe-ratura ambiente (tanto en verano como en invierno), en una longitud del tubo próxima a 100 m la temperatura del aire es cercana a la de confort, entre 20 y 23 °C. El modelo del sistema de intercambio de calor suelo – aire permite calcular la longitud del tubo para obtener la mayor eficiencia posible mediante el uso de tubos enterra-dos como preacondicionamiento de ambientes, dependiendo de la temperatura ambiente del lugar donde se los quiera colocar.


ESTIMACIÓN DEL FACTOR DE AHORRO DE ENERGÍA EN EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO

Un posible modelo propuesto para estimar el factor de ahorro de energía en el acondicionamiento térmico, consiste en lograr que una vivienda de volumen V0 se mantenga a una temperatura de confort, determinada por dos temperaturas de referencia: Tmáx y Tmín. El objetivo de este sistema de acondicionamiento térmico consiste en disminuir a Tmáx la temperatura del aire si está arriba de la Tmáx (déficit grado día de refrigeración, DGD_R) y elevar a Tmín la temperatura del aire si está por debajo de la Tmín (déficit grado día de calefacción, DGD_C).

El déficit grado día de refrigeración (DGD_R) se puede estimar como:

DGD _ R = ∑año (Tm(t) – Tmáx) | T(t) > Tmáx

(1)

Donde Tm(t) es la temperatura media diaria estimada, Tmáx es la temperatura máxima de referencia de la zona de confort. Si se realiza la suma sobre todos los días del año para los cuales T(t)>Tmáx el DGD_R .

De manera análoga, el déficit grado día de calefacción (DGD_C) se puede estimar como:

DGD _ C = ∑año (Tmín – Tm (t)) | T(t) < Tmín

(2)

donde Tm(t) es la temperatura media diaria estimada, Tmín es la temperatura míni-ma de referencia de la zona de confort. Si se realiza la suma sobre todos los días del año para los cuales T(t)<Tmín el DGD_C.

A partir de los datos brindados por el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) se calculó el DGD_R, el DGD_C, y de la suma de ambos se obtuvo el DGDtotal. Para estos cálculos se consideró la temperatura máxima de confort 24°C y la tempera-tura mínima 18°C. Los resultados se pueden observar en la Tabla 1.


Tabla 1 – DGD_R, DGD_C y DGDtotal para el Gran Buenos Aires para los años 2010, 2011 y 2012. Se observa que en esta región, el mayor consumo de energía para acon-dicionamiento de aire proviene de la calefacción.

2010 2011 2012 Promedio Porcentaje

DGD_R 259 205 289 251 21%

DGD_C 959 1000 951 970 79%

DGDtotal 1218 1205 1240 1221 100%

A partir de los datos de temperaturas medidos a la entrada y a la salida del tubo enterrado en la CasaE, desde el día 16 de marzo de 2012 hasta el día 16 de marzo del año siguiente (un año) se calculó el DGD_R, el DGD_C, y de la suma de ambos se obtuvo el DGDtotal, como puede observarse en la Tabla 2.

Se puede observar que durante todo el año la temperatura del aire a la salida del tubo se mantuvo próxima a la temperatura de confort, y su oscilación es mucho menor que la temperatura ambiente, temperatura del aire a la entrada del tubo.

Tabla 2 – DGD_R, DGD_C y DGDtotal para la CasaE. Tomando como base las temperaturas del aire exterior y las temperaturas del aire luego de recorrer los tubos enterrados, a lo largo de un año.

Exterior Tubos Factor de Ahorro

DGD_R 278 23 92%

DGD_C 1046 332 68%

DGDtotal 1324 355 73%

Se indica en la última columna de la Tabla 2 el Factor de Ahorro obtenido para el DGD_R, el DGD_C y el DGDtotal. El Factor de Ahorro total de energía en el acondi-cionamiento térmico (refrigeración y calefacción) a lo largo de un año, es de apro-ximadamente un 70 %, lo cual se logró mediante el uso de tubos enterrados.


CONSUMO DE ENERGÍA EN UNA VIVIENDA

Para mantener una vivienda a una determinada temperatura de confort, en el caso de calefacción, se debe generar tanto calor como el que se pierde por las distin-tas componentes o procesos que ocurren en la vivienda. Una situación análoga ocurre con la refrigeración, solo que las pérdidas deben ser compensadas con enfriamiento. Las pérdidas de energía se producen generalmente en las paredes, techos, aberturas y pisos. Las renovaciones de aire son necesarias para la salubridad y confort de la vivienda. Asimismo, se deben computar los aportes calóricos del asoleamiento. En una vivienda, la transmisión de calor que ocurre por la envolvente depende crítica-mente de la calidad de los materiales utilizados y de los tipos de aberturas. Dado que las características de la envolvente se pueden determinar por un sistema de etique-tado, Norma IRAM 11900, [19] Decreto 140/2007, Programa Nacional de Uso Racional y Eficiente de la Energía, diciembre, 2007, se pueden utilizar las distintas categorías de etiquetado para clasificar el tipo de transmisión en la envolvente. La categoría H, con muy poca aislación térmica, corresponde al tipo de vivienda predominante en el país. La categoría C tiene mejor aislación térmica con los materiales disponibles en el mercado local. Trabajando con estas dos categorías de viviendas, se presentaron los resultados de los potenciales ahorros de energía que podrían lograrse usando tubos enterrados en la región central de la Argentina. Los aportes por asolamiento, dependen críticamente del diseño, y por esta complejidad, no serán considerados por el momento, aunque su importancia es crucial y puede aportar significativamente al aumento de los potenciales ahorros de energía en una vivienda.

En la Figura 8 se muestra una vivienda esquemática, Tipo H (con poca ais-lación térmica) y Tipo C (con mejor aislación térmica), sin tubos y con tubos en-terrados, con los porcentajes de pérdidas en sus distintos componentes. Estos valores son aproximados y sirven para tener idea de los órdenes de magnitud involucrados en estas pérdidas.

Si las renovaciones de aire se realizan utilizando el aire que pasa por un sis-tema geotérmico de tubos enterrados, el ahorro de energía se producirá, funda-mentalmente, en este intercambio de energía. Si bien es una sobre simplificación, esta hipótesis sirve para estimar el ahorro mínimo que puede lograrse con este sistema de tubos enterrados.


VIVIENDA CONVENCIONAL VIVIENDAS CON BUENA AISLACIÓN TÉRMICA DE ENVOLVENTES

28%

30% 22%

20%

Techo y Piso

Pared

Abertura

Renov.

A22%

13% 44%

20%

Techo y Piso

Pared

Abertura

Renov.

B32%

19% 20%

29%

Techo y Piso

Pared

Abertura

Renov.

C

Tipo H Tipo C sin tubos Tipo C con tubos

Figura 8 – Porcentaje de pérdida de calor por techo y piso, pared, aberturas (ventanas y puertas) y renovación de aire en viviendas. A) Vivienda convencional B) y C) Viviendas con buena aislación térmica de envolventes, sin tubos y con tubos enterrados, respectivamente.

En la Tabla 3 se indican los consumos típicos de energía para cuatro prototi-pos esquemáticos planteados.

Tabla 3 – Consumos de energía para calefacción y refrigeración de cuatro tipos de viviendas consideradas esquemáticamente.

VIVIENDA COMENTARIO CALEFACCIÓN [KWH/AÑO]

REFRIGERACIÓN [KWH/AÑO]

TOTAL [KWH/AÑO] AHORRO %

Tipo H (sin Tubos)

Poca aislación térmica 9.958 2.628 12.586 0%

Tipo H (con Tubos)

Poca aislación térmica 8.484 2.239 10.723 15%

Tipo C (sin tubos)

Buena aislación 5.020 1.325 6.345 50%

Tipo C (con tubos)

Buena aislación 3.546 936 4.482 64%

Lo significativo de esta tabla es que el aporte de tubos enterrados a una vivien-da con poca aislación sería muy modesto (15%) y quizás no compensara su costo de instalación. En cambio, en una vivienda con una mejor aislación térmica (Tipo C), los ahorros de energía, respecto de la misma vivienda (Tipo H) tomada como refe-rencia, son muy significativos, del orden del 64%. En síntesis, los tubos enterrados deben combinarse con una vivienda con buena aislación térmica de su envolvente.


CONCLUSIONES

A una profundidad de 2 a 4 m el terreno está a una temperatura próxima a la de confort durante todo el año. Entre 3 y 4 m de profundidad, se produce una inversión de la temperatura en el suelo: en verano, el terreno es más frio y en invierno más caliente que sus valores medios anuales. Esta región del suelo se convierte en un lugar óptimo para colocar un intercambiador térmico con el in-terior de las viviendas, lo que fue ensayado exitosamente en Buenos Aires. Las mediciones realizadas en la CasaE, indican que este sistema puede usarse tanto en verano como en invierno. Se pudo comprobar que el intercambiador de ca-lor aire-tierra produjo un flujo de aire a la salida con temperatura prácticamente constante, muy próxima a la de confort. Para que este sistema de acondiciona-miento térmico resulte efectivo, es conveniente una adecuada aislación térmica de la vivienda. Estimaciones preliminares indican que pueden lograrse ahorros del orden del 70% en calefacción y refrigeración. El sistema de preacondiciona-miento de aire, combinado con el aprovechamiento de la energía solar térmica para el calentamiento de agua y adecuada aislación de las envolventes, podría reducir las emisiones de GEI y lograr el autoabastecimiento de gas natural en la República Argentina [20]. En su versión más simple, los sistemas de tubos enterra-dos podrían utilizarse en viviendas de interés social, para poblaciones de bajos recursos. Además, los ahorros en importación de gas, podrían aprovecharse para estimular el desarrollo de muchas industrias nacionales que producirían lo ne-cesario para la implementación de este sistema de tubos enterrados, generando además, riqueza y empleo para los habitantes de la República Argentina.



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S. Gil, Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura, 2012. http://www.fceia.unr.edu.ar/asades2012/documentos/energia_35anos_despues_2012a.pdf

Basf Noticias. Inauguramos la CasaE de BASF, http://www.basf.com.ar/lacasae/images/pressroom/BASF_NOTICIAS_Julio_low.pdf

Geothermal gradient. de Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_gradient

Sharan, G., & Madhavan, T., Cropping in Semi-arid Northwest India in Greenhouse with Ground Coupling Shading and Natural Ventilation for Environmental Control, International Journal for Service Learning in Engineering , vol. 5, 148-169, 2010.

Arquitectura subterránea, de Wikipedia, http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_subterr%C3%A1nea.

Leila Iannelli, y Salvador Gil, Ondas de Calor- Determinación de temperaturas del pasado, Lat. Am. J. Phys. Educ. Vol. 6, No. 1, 82(88), Marzo, 2012. http://www.lajpe.org/mar12/16_LAJPE_616_Sal-vador_Gil_preprint_corr_f.pdf

Y. A. Cengel, Transferencia de calor y masa. Un enfoque práctico, Tercera Edición ed., México: Mc Graw Hill, 2007.

Y. A. Cengel, Transferencia de Calor, 2da. ed., Mexico: McGraw Hill, 2004.

J. R. Welty, C. E. Wicks y R. E. Wilson, Fundamentos de Transferencia de Momento, Calor y Masa, México: Limusa, 1996.


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Norma Iram 11900:2010, Clasificación Según la Transmitancia Térmica de la Envolvente, http://www.iram.org.ar/

S. Gil, R. Prieto, Eficiencia energética: ¿un camino sustentable hacia el autoabastecimiento? Vol. 6, 90-99, 2012. http://www.petrotecnia.com.ar/diciembre12/Pdfs_6_12/sinpublicidad/Eficiencia.pdf

En Odebrecht asumimos el desafío de buscar soluciones que atiendan las necesidades del presente sin compro-meter a las generaciones futuras. En este camino hacia la sustentabilidad, el Premio Odebrecht para el Desarro-llo Sustentable tiene como principa-les objetivos incentivar y reconocer a aquellos estudiantes y docentes uni-versitarios que se propongan pensar en ingeniería desde una perspectivasostenible, y generar conocimiento so-bre la temática para difundir entre la comunidad académica argentina y la sociedad en general.

Con esta iniciativa profundizamos nues-tro vínculo con las universidades, fuen-tes inagotables de talento y creatividad, invitándolas a generar valiosas contri-buciones para el desarrollo sustentable.

Tratamiento de aguas con arsénico para la mejora en la calidad de vida de una comunidad aborigen

Generador eólico de baja potencia, orientado a comu-nidades con bajos recursos energéticos y/o económicos

Ladrillos térmicos fabricados con papel reciclado

Sol y dar y dar agua

Secado industrial de frutas y vegetales, combinando energía solar y combustión de desechos sólidos agra-rios, para fábricas agro-industriales

Remoción electroquímica de arsénico del agua me-diante el uso de energía renovable

Materiales alternativos, técnicas y sistemas construc-tivos para una propuesta sustentable

El biogás domiciliario. Una oportunidad para abaste-cer a las comunidades aisladas de manera accesible, limpia y eficiente

Generación de energía eléctrica a partir de peque-ños aprovechamientos hidroeléctricos – Estudio de un caso práctico para el abastecimiento de un refugio de montaña

Uso del suelo como climatizador de interiores

www.premioodebrecht.com/argentina



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GANADORES 2013


María Paula Godoy y Maximiliano José Muchiutti

PROF. ORIENTADOR: María Daniela Tenev | Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional de Resistencia (Chaco)


Máximo Paz Iaconis

PROF. ORIENTADOR: Estela Mónica López Sardi | Universidad de Palermo


Marcos Javier Antequera

PROF. ORIENTADOR:Agustín Gabriel Poblet | Universidad Católica Argentina

SOL Y DAR Y DAR AGUA

Federico Emanuel Moyano

PROF. ORIENTADOR:Fabián Lorenzo Venier | Universidad Nacional de Río Cuarto

SECADO INDUSTRIAL DE FRUTAS Y VEGETALES, COMBINAN-DO ENERGÍA SOLAR Y COMBUSTIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS AGRARIOS, PARA FÁBRICAS AGRO-INDUSTRIALES

José Facundo Gómez Gallardo, Matías Ariel Herrera y Darío Sebastián Guardia

PROF. ORIENTADOR:Eduardo Héctor Pérez Caram | Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Mendoza

REMOCIÓN ELECTROQUÍMICA DE ARSÉNICO DEL AGUA ME-DIANTE EL USO DE ENERGÍA RENOVABLE

Julián Gabriel Luppi y Javier Kenigsberg

PROF. ORIENTADOR: Héctor Fasoli | Universidad Católica Argentina

MATERIALES ALTERNATIVOS, TÉCNICAS Y SISTEMAS CONS-TRUCTIVOS PARA UNA PROPUESTA SUSTENTABLE

Alejandro Naser Alderete, Diego José Madrid y José Daniel Armella

PROF. ORIENTADOR: Carlos Eduardo Alderete | Universidad Nacional de Tucumán

EL BIOGÁS DOMICILIARIO. UNA OPORTUNIDAD PARA ABASTE-CER A LAS COMUNIDADES AISLADAS DE MANERA ACCESIBLE, LIMPIA Y EFICIENTE.

Vanina Desirée Alesci Baigorria y Claudia Maria Kolosow

PROF. ORIENTADOR: Bárbara María Civit | Universidad Tecnológica Nacional –Facultad Regional Mendoza

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE PEQUE-ÑOS APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS – ESTUDIO DE UN CASO PRÁCTICO PARA EL ABASTECIMIENTO DE UN REFU-GIO DE MONTAÑA

Pablo Daniel Meinardo y Guillermo Javier García

PROF. ORIENTADOR: Livio Sebastián Maglione | Universidad Nacional de Río Cuarto


Leila Mora

PROF. ORIENTADOR: Salvador Gil | Universidad Nacional de San Martín

Premio Odebrecht Argentina 2013

Education

Transcript of Premio Odebrecht Argentina 2013