Estudio de factibilidad de un distrito térmico en el Instituto Universitario de la Paz UNIPAZ
El presente trabajo desarrolla un estudio de factibilidad técnico, ambiental y financiero de un distrito térmico en el Instituto Universitario de la Paz (UNIPAZ), ubicado en Barrancabermeja, Santander. El proyecto busca optimizar los sistemas de climatización actuales, reducir los costos energéticos...
- Autores:
-
Villanova Madero, Miguel Leonardo
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Energy efficiency
District thermal power
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Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
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Estudios de factibilidad
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Energy efficiency District thermal power Photovoltaic solar energy Carbon footprint Technical and financial feasibility Energy engineering Technological innovations Energy Feasibility studies Financial management Environment Economic analysis Ingeniería en energía Innovaciones tecnológicas Energía Estudios de factibilidad Gestión financiera Medio ambiente Análisis económico Eficiencia energética Distrito térmico Huella de carbono Energía solar fotovoltaica Viabilidad técnica y financiera |
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El presente trabajo desarrolla un estudio de factibilidad técnico, ambiental y financiero de un distrito térmico en el Instituto Universitario de la Paz (UNIPAZ), ubicado en Barrancabermeja, Santander. El proyecto busca optimizar los sistemas de climatización actuales, reducir los costos energéticos y mitigar la huella de carbono institucional. El estudio se estructuró en tres fases. En la primera, se diagnosticó el consumo energético y la huella de carbono del sistema de climatización existente a partir de inventarios, curvas de carga y datos técnicos de los equipos. Los resultados mostraron un consumo promedio anual de 581.785,41 kWh y emisiones de gases de efecto invernadero en el rango de 685.214 y 801.571 kgCO₂eq/año, evidenciando un alto potencial de mejora en la eficiencia energética institucional. En la segunda fase, se realizó el diseño conceptual del distrito térmico considerando las condiciones actuales y las proyecciones de expansión de UNIPAZ. Se establecieron dos escenarios: uno base con una demanda de 282,55 TR y otro con ampliación institucional de hasta 808,58 TR. Además, se evaluó la incorporación de un sistema fotovoltaico de 300 kW, capaz de suministrar 486.000 kWh anuales, reduciendo significativamente el consumo eléctrico de red. En la tercera fase, se efectuó el análisis económico y financiero del proyecto. Los resultados muestran que el distrito térmico es técnica y financieramente viable, alcanzando una reducción del costo de enfriamiento de $1.176,11 a $685,46 la TRh al integrar energía solar, con periodos de recuperación inferiores a cinco años y tasas internas de retorno favorables. |
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El proyecto busca optimizar los sistemas de climatización actuales, reducir los costos energéticos y mitigar la huella de carbono institucional. El estudio se estructuró en tres fases. En la primera, se diagnosticó el consumo energético y la huella de carbono del sistema de climatización existente a partir de inventarios, curvas de carga y datos técnicos de los equipos. Los resultados mostraron un consumo promedio anual de 581.785,41 kWh y emisiones de gases de efecto invernadero en el rango de 685.214 y 801.571 kgCO₂eq/año, evidenciando un alto potencial de mejora en la eficiencia energética institucional. En la segunda fase, se realizó el diseño conceptual del distrito térmico considerando las condiciones actuales y las proyecciones de expansión de UNIPAZ. Se establecieron dos escenarios: uno base con una demanda de 282,55 TR y otro con ampliación institucional de hasta 808,58 TR. Además, se evaluó la incorporación de un sistema fotovoltaico de 300 kW, capaz de suministrar 486.000 kWh anuales, reduciendo significativamente el consumo eléctrico de red. En la tercera fase, se efectuó el análisis económico y financiero del proyecto. Los resultados muestran que el distrito térmico es técnica y financieramente viable, alcanzando una reducción del costo de enfriamiento de $1.176,11 a $685,46 la TRh al integrar energía solar, con periodos de recuperación inferiores a cinco años y tasas internas de retorno favorables.1. Introducción ................................................................................................................... 19 2. Planteamiento Del Problema.......................................................................................... 21 3. Justificación.................................................................................................................... 23 4. Marco Referencial.......................................................................................................... 25 4.1 Eficiencia Energética ............................................................................................................. 25 4.2 Eficiencia Energética En Sistemas De Aire Acondicionado ................................................. 25 4.3 Sistemas De Aire Acondicionado .......................................................................................... 27 4.3.1 Sistemas de ventana ............................................................................................ 27 4.3.2 Sistemas divididos............................................................................................... 29 4.3.3 Sistemas de paquete ............................................................................................ 31 4.3.4 Sistemas VRF (Flujo de refrigerante variable) ................................................... 32 4.3.5 Sistemas de ductos .............................................................................................. 34 4.3.6 Sistemas de cassette ............................................................................................ 36 4.3.7 Sistemas de aire acondicionado central............................................................... 37 4.3.8 Sistemas evaporativos......................................................................................... 39 4.4 Funcionamiento De Los Aires Acondicionados.................................................................... 41 4.4.1 On/Off ................................................................................................................. 41 4.4.2 Inverter ................................................................................................................ 41 4.5 Prácticas De Operación Y Mantenimiento En Un Sistema De Aire Acondicionado ............ 42 4.5.1 Prácticas de operación......................................................................................... 42 4.5.2 Prácticas de mantenimiento................................................................................. 43 4.6 Indicadores de Desempeño .................................................................................................... 44 4.6.1 Área de enfriamiento........................................................................................... 44 4.6.2 IR [m²/TR]........................................................................................................... 45 4.6.3 KW/TR................................................................................................................ 45 4.6.4 COP..................................................................................................................... 46 4.6.5 EER ..................................................................................................................... 46 4.6.6 SEER................................................................................................................... 46 4.6.7 IPLV.................................................................................................................... 47 4.7 Distrito Térmico..................................................................................................................... 48 4.7.1 Clasificación de los distritos térmicos................................................................. 48 4.7.1.1 Distritos térmicos según la fuente de energía.................................................. 48 4.7.1.2 Distritos térmicos según el servicio prestado .................................................. 49 4.7.1.3 Distritos térmicos según la escala.................................................................... 50 4.7.1.4 Ejemplos de Distritos Térmicos ...................................................................... 50 5. Marco Normativo ........................................................................................................... 51 5.1 Acuerdos Internacionales....................................................................................................... 51 5.1.1 Protocolo de Montreal......................................................................................... 51 5.1.2 Protocolo de Kioto .............................................................................................. 52 5.1.3 Acuerdo de Copenhague ..................................................................................... 52 5.1.4 BUR..................................................................................................................... 53 5.1.5 Acuerdo de París ................................................................................................. 53 5.2 Políticas Nacionales............................................................................................................... 54 5.2.1 Resolución 40773 del 29 de diciembre de 2023 ................................................. 54 5.2.2 Norma NTC 2050................................................................................................ 55 5.2.3 ISO 50001:2018 guía de implantación de sistemas de gestión de la energía...... 55 5.2.4 Plan de acción indicativo PROURE programa de uso racional y eficiente de energía………............................................................................................................................... 56 6. Objetivos........................................................................................................................ 57 6.1 Objetivo General.................................................................................................................... 57 6.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................ 57 7. Alcance........................................................................................................................... 58 8. Aspectos Metodológicos................................................................................................ 60 8.1 Enfoque Metodológico .......................................................................................................... 60 8.2 Tipo de Investigación............................................................................................................. 60 8.3 Recopilación de la Información............................................................................................. 60 8.4 Desarrollo de la Investigación ............................................................................................... 61 8.4.1 Fase 1: Diagnóstico del consumo energético y huella de carbono asociado al sistema de climatización actual de UNIPAZ a partir de las curvas de carga e información suministrada por el fabricante....................................................................................................... 61 8.4.2 Fase 2: Diseño conceptual del distrito térmico que permita reemplazar el sistema actual y que incluya las proyecciones de ampliación de la institución......................................... 62 8.4.3 Fase 3: Estudio de la viabilidad financiera del proyecto a partir de los costos actuales comparados con el nuevo sistema de climatización........................................................ 62 9. Resultados de la Investigación ....................................................................................... 64 9.1 Fase 1: Diagnóstico del consumo energético y huella de carbono asociado al sistema de climatización actual de UNIPAZ a partir de las curvas de carga e información suministrada por el fabricante................................................................................................................................... 65 9.1.1 Actividad 1. Elaboración del inventario de los equipos de climatización en uso de la institución............................................................................................................................. 65 9.1.2 Actividad 2. Recopilación y revisión de los manuales y especificaciones técnicas del sistema de climatización. ........................................................................................................ 74 9.1.3 Actividad 3. Cálculo del consumo energético de los equipos de climatización a partir de la información suministrada por el fabricante. ............................................................... 75 9.1.4 Actividad 4. Elaboración y análisis de las curvas de carga del sistema de climatización a partir de los datos recopilados. ............................................................................ 81 9.1.5 Actividad 5. Evaluación del rendimiento de los equipos actuales y su eficiencia energética…….. ............................................................................................................................ 84 9.1.6 Actividad 6. Cálculo de la huella de carbono del sistema de climatización actual por medio del consumo energético. .............................................................................................. 92 9.2 Fase 2: Diseño conceptual del distrito térmico que permita reemplazar el sistema actual y que incluya las proyecciones de ampliación de la institución. ..................................................... 95 9.2.1 Actividad 1. Recopilación de los datos sobre los planes de expansión y crecimiento de la institución. ........................................................................................................ 95 9.2.2 Actividad 2. Proyección de la demanda energética futura basándose en los planes de expansión y crecimiento........................................................................................................... 96 9.2.3 Actividad 3. Revisión de diferentes tecnologías de sistemas de climatización y su aplicabilidad a un distrito térmico................................................................................................. 97 9.2.4 Actividad 4. Integración de posibles fuentes de energías renovables en el diseño del distrito térmico. ..................................................................................................................... 100 9.2.5 Actividad 5. Definición del diseño conceptual del distrito térmico sin ampliación……........................................................................................................................... 102 9.2.5.1 Primer escenario: Distrito térmico sin ampliación. ....................................... 107 9.2.5.2 Segundo escenario: Distrito térmico sin ampliación con sistema fotovoltaico……… ..................................................................................................................... 118 9.2.6 Actividad 6. Definición del diseño conceptual del distrito térmico con ampliación……........................................................................................................................... 119 9.3 Fase 3: Estudio de la viabilidad financiera del proyecto a partir de los costos actuales comparados con el nuevo sistema de climatización. .................................................................. 122 9.3.1 Primer escenario: Distrito térmico sin ampliación............................................ 122 9.3.2 Segundo escenario: Distrito térmico sin ampliación con sistema fotovoltaico. 124 9.3.3 Tercer escenario: Distrito térmico con ampliación. .......................................... 125 10. Conclusiones................................................................................................................ 127 11. Recomendaciones......................................................................................................... 129 12. Referencias................................................................................................................... 131 Apéndices.................................................................................................................................... 135MaestríaThis paper presents a technical, environmental, and financial feasibility study for a district heating and cooling system at the University Institute for Peace (UNIPAZ), located in Barrancabermeja, Santander. The project aims to optimize current air conditioning systems, reduce energy costs, and mitigate the institution's carbon footprint. The study was structured in three phases. In the first, the energy consumption and carbon footprint of the existing HVAC system were assessed using inventories, load curves, and technical data on the equipment. The results showed an average annual consumption of 581,785.41 kWh and greenhouse gas emissions ranging from 685,214 to 801,571 kgCO₂eq/year, demonstrating significant potential for improvement in the institution's energy efficiency. In the second phase, the conceptual design of the thermal district was carried out, considering current conditions and UNIPAZ's expansion projections. Two scenarios were established: a baseline with a demand of 282.55 TR and another with an institutional expansion of up to 808.58 TR. In addition, the incorporation of a 300-kW photovoltaic system was evaluated, capable of supplying 486,000 kWh annually, significantly reducing grid electricity consumption. In the third phase, the project's economic and financial analysis was conducted. The results show that the district heating system is technically and financially viable, achieving a reduction in cooling costs from $1,176.11 to $685.46 per hour by integrating solar energy, with payback periods of less than five years and favorable internal rates of return.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Estudio de factibilidad de un distrito térmico en el Instituto Universitario de la Paz UNIPAZFeasibility study of a district heating systemThesisinfo:eu-repo/semantics/masterThesisTesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TMMagíster en Ingeniería en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaMaestría en Ingeniería en EnergíaMIE-2158Energy efficiencyDistrict thermal powerPhotovoltaic solar energyCarbon footprintTechnical and financial feasibilityEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyFeasibility studiesFinancial managementEnvironmentEconomic analysisIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaEstudios de factibilidadGestión financieraMedio ambienteAnálisis económicoEficiencia energéticaDistrito térmicoHuella de carbonoEnergía solar fotovoltaicaViabilidad técnica y financieraASHRAE. 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