Análisis técnico-económico de un sistema de calefacción geotérmico-solar para una vivienda en Chile

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil MecánicaEn las últimas décadas ha aumentado drásticamente el consumo energético mundial, los precios de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. Ante este escenario, las bombas de calor geotérmicas pueden ser una solución de menor consumo energético, de menor costo operacional y menos contaminante que otros sistemas convencionales de calefacción. En este estudio se analiza la factibilidad técnico-económica de la utilización de las bombas de calor geotérmicas combinadas con un sistema solar para calefaccionar edificios en Chile. Los casos de estudio corresponden a edificios de 3, 7 y 11 pisos, ubicados en las localidades de: La Serena, Santiago, Osorno y Coyhaique. En primer lugar, se recopila información de las localidades de estudio y los edificios a nivel nacional. Posteriormente, se estima la demanda térmica de las edificaciones. Luego, se diseñan sistemas de calefacción con calderas a gas y con bombas de calor geotérmicas con apoyo solar. Finalmente, se comparan financieramente los proyectos con bombas de calor geotérmicas, con y sin apoyo solar, respecto a los proyectos de calefacción con calderas a gas. Para el diseño de sistemas se utiliza: losa radiante como sistema de distribución, bombas de calor con colectores verticales cerrados, colectores solares planos y calderas a gas licuado de petróleo (GLP). Los proyectos de calefacción con bombas de calor geotérmicas sin apoyo solar tienen inversiones iniciales 5 veces más grandes que las inversiones iniciales de los proyectos con caldera a gas. Sin embargo, los costos operacionales de los proyectos con caldera a gas son 2,7 veces más altos que los costos operacionales de los proyectos con bombas de calor geotérmicas. En el largo plazo, los menores costos operacionales de los sistemas con bombas de calor geotérmicas permiten recuperar la inversión diferencial respecto al sistema con caldera a gas. Por otro lado, los sistemas geotérmicos con apoyo solar disminuyen la inversión inicial en un 2,7% y sus costos operacionales en un 2,5 %, respecto al caso con solo geotermia. Al contrastar los proyectos con bombas de calor geotérmicas y apoyo solar con los proyectos de calderas a gas en la ciudad de Coyhaique se obtienen tasas internas de retorno del orden del 5,7% y períodos de recuperación de 25 a 26 años. En Santiago y Osorno las tasas internas de retorno van desde el 3,9% al 4,5% y períodos de recuperación entre 35 y 45 años. Por último, en La Serena los períodos de recuperación superan los 50 años. De esta manera, los proyectos con bombas de calor geotérmicas presentan mayores rentabilidades en las localidades ubicadas más al sur de Chile