25 de febrero 2020

Análisis técnico: ¿En cuánto tiempo se repaga un calefón solar en Argentina y qué barreras presenta está tecnología?

En una columna para Energía Estratégica, Leila Iannelli y Salvador Gil, expertos de la de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), analizan la conveniencia de la instalación de equipos solares térmicos teniendo en cuenta diferentes escenarios y evaluando otras alternativas para generar ahorros en Agua Caliente Sanitaria (ACS).


El calentamiento de agua sanitaria, es decir aquella que usamos para ducharnos o lavar vajillas, es el segundo consumo de energía en los hogares argentinos después de la calefacción. Representa aproximadamente el 33% del consumo de energía residencial. [1], [2]

De este modo, la búsqueda de formas más eficientes y sustentables de lograr Agua Caliente Sanitaria (ACS), es de gran relevancia social, económica y ambiental.

En esta columna se discutirán las distintas tecnologías disponibles en Argentina, sus consumos energéticos, costos, y emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Se analizan los casos de equipos que usan como combustible gas natural por redes (GN) de aquellos que emplean gas licuado en garrafas o tubos (GLP), Electricidad (EE) y solares térmicos (ST).

Esta diferenciación es muy importante, ya que la misma unidad de energía en Argentina tiene precios bien distintos según de qué insumo energético utilicemos, como se ilustra en la Figura 1.

Además, dado que el suministro solar es intermitente, los sistemas solares requieren de equipos complementarios que usan energía convencional para calentar el agua, a estos sistemas combinados se los denominan sistemas híbridos[1]. Se consideran equipos con tecnologías convencionales a gas y electricidad como los que trabajan con bomba de calor.

[1] Sistema solar térmico complementado con un sistema de energía convencional. [5]

Figura 1. Emisiones de CO2 por kWh de distintos insumos energéticos en Argentina, barras naranjas. El precio final promedio de estos insumos en el Gran Buenos Aires (GBA), incluyendo impuestos, está representado por barras verdes en USD/kWh. Tomando los valores vigentes al 20 de enero de 2020 con un USD=$62. Los segmentos azules indican la dispersión de precios en distintas regiones de Argentina.

En Argentina, el consumo medio de ACS para una familia típica de 3,3 personas es de unos 180 litros de agua por día. [3] La energía necesaria para llevar este volumen de agua de 17°C a 42°C (temperatura de confort para ACS), requiere de 5,2 kWh/día (equivalente a 0,5 m3(GN)/día). Paradojamente los equipos convencionales de ACS en Argentina tienen consumos pasivos (pilotos o consumos de mantenimiento del agua caliente) que varían entre 5 a 8 kWh/día.

Es decir, estos consumos pasivos son comparables o mayores a la energía intrínseca para calentar el agua. Por ejemplo, los termotanques tienen consumos de mantenimiento que varían entre 1,5 a 9 kWh/día.

Así vemos que el consumo total para ACS varía entre unos 6,7 a 15 kWh/día. Dado que el consumo residencial medio de electricidad en Argentina es de unos 8,2 kWh/día, advertimos que, si el calentamiento de agua se realiza con electricidad, este consumo duplica fácilmente el consumo eléctrico de una vivienda.

De la discusión anterior, surge que un requisito básico para que los equipos de ACS minimicen su consumo de energía y emisiones de GEI, tanto en su versión convencional como solares térmicos u otra tecnología, es crucial que disminuyan o eliminen los consumos pasivos. [4] Por ejemplo, un equipo solar térmico híbrido,[1] en la zona central de Argentina, típicamente puede proveer el 65% o 70% de la energía usada para ACS. O sea que deberíamos suplir el resto (1,6 kWh/día) de la energía con alguna fuente convencional.

Pero si nuestro equipo de apoyo es un termotanque convencional, su consumo de mantenimiento será del orden de los 5 ±2 kWh/día. Con lo que el ahorro total de energía convencional será del orden de 30 o 35%.

Si, por el contrario, el equipo de apoyo no tiene consumos pasivos, como por ejemplo un calefón a gas modulante clase A en eficiencia energética; el ahorro en energía convencional puede ser del orden de 86%, como se ilustra en la Figura 2.

[1] Sistema solar térmico complementado con un sistema de energía convencional. [5]

Figura 2. Consumos de energía en el calentamiento de 180 litros/día de agua sanitaria usando distintas tecnologías. La variación del consumo de las diferentes tecnologías es muy notable. Aquí ST significa equipo Solar Térmico hibrido. TTQ indica termotanque y Cal es Calefón. TTQ BC es un termotanque con bomba de calor. Los ahorros que un sistema solar hibrido pueden aportar son muy significativos si se utiliza como respaldo un calefón modulante sin piloto, clase A. Asimismo, un calefón clase A (GN), consume menos que un sistema híbrido con termotanque de respaldo a gas. Los rombos rojos, referidos al eje vertical derecho, indican las emisiones en kg(CO2)/año para los distintos equipos. Los números arriba de las barras son los consumos anuales en MWh, tanto de gas como electricidad.

Las letras en esta figura indica la clase de eficiencia energética del equipo de apoyo, ya sea a gas o electricidad. Esta Figura ilustra la importancia de diseñar los sistemas solares térmicos híbrido teniendo en cuenta las pautas de eficiencia, para lograr los mejores resultados.

Sin embargo, el consumo de energía constituye solo un aspecto de los costos que están involucrados en la instalación de un equipo de ACS.

El usuario, además del costo de la energía, debe tener en cuenta el costo de los equipos, su mantenimiento y el asociado a la instalación interna, sobre todo en el caso del GN.

En la Figura 3, se muestran los costos de distintas tecnologías de ACS disponible en el mercado para la región del GBA o CABA para enero de 2020. Los costos indicados aquí son los valores promedios de equipos de buena calidad en su tipo.

Para tener en cuenta que los combustibles se pagan a lo largo del tiempo de la vida útil de los equipos, su costo total se reduce a valor presente usando una tasa de descuento del 7%, esto se hace para tener en cuenta que el valor de dinero hoy es mayor que la misma cantidad de dinero “x” años después.

Además, al computar los valores en USD se minimizan los efectos de inflación. Lo mismo se hace con el costo de mantenimiento de los equipos; que se supone proporcional al costo del equipo (50%) a realizarse a mitad de su vida útil. Con estos criterios, en la Figura 3 se muestran los costos totales a lo largo de 15 años en USD. En esta figura se incluyen equipos que funcionan a GN, GLP, EE e híbridos ST.

Figura 3. Costos asociados las distintas tecnologías para equipos de ACS a lo largo de 15 años, en GBA o CABA. Las barras rojas indican los costos de los equipos, los de la energía en verde, los mantenimientos en amarillo y los de instalación en celestes. Las siglas son las mismas que en la Figura 2, excepto que aquí se incluyen calderas también.

Como se ve, el modo más económico de producir ACS en la zona central de Argentina, es utilizando calefones A a gas natural con encendido electrónico.

Si los usuarios tienen acceso a GN, los equipos solares térmicos (ST) no logran amortizarse en este tiempo (15 años). Asimismo, se observa, que instalar un sistema solar térmico a un termotanque a gas antiguo o etiqueta E (ST+TTQ E (GN)) no es una buena elección, un simple calefón clase A, es más económico.

Sin embargo, para aquellos usuarios que no disponen de gas natural por redes y dependen de la electricidad o el GLP, los sistemas solares térmicos y las bombas de calor constituyen buenas opciones, como lo ilustra la Figura 3.

Las tecnologías ST y las bombas de calor, tienen mucha potencialidad, por su bajo consumo energía, Figura 2; sin embargo, su alto costo, los convierten opciones menos atractivas, Figura 3.

Una barrera importante que se observa para el desarrollo de los sistemas solares térmicos y las bombas de calor en Argentina son sus altos costos iniciales, comparado con los convencionales.

Además, sería útil contar con garantías, que incluyan su mantenimiento, por al menos 5 años, así se aseguraría la buena prestación y reducirían los riesgos de optar por una tecnología que no es estándar. El desarrollo de la tecnología solar térmica depende de costos asequible y una amplia aceptación social. Esto último requiere de un buen funcionamiento y correcto mantenimiento de modo tal que sus beneficios se extiendan en el tiempo.

Resultaría deseable promover la capacitación de los vecinos y una red de técnicos que faciliten el funcionamiento y buen mantenimiento de los equipos, para así aumentar la aceptación social de estas tecnologías.

Otra barrera importante de las nuevas tecnologías proviene de la actual coyuntura nacional. Los equipos en general se cotizan en dólares, mientras que las tarifas de energía están en pesos. Así, un equipo solar o bomba de calor implica invertir un valor en dólares al presente para ahorrar pesos a futuro, lo que no resulta una inversión muy atractiva en estos tiempos.

Trabajos citados

M. Gastiarena y a. et, «Gas versus Electricidad: Uso de la energía en el sector residencial,» Revista PETROTECNIA, vol. LVI, pp. 50-60, Abril 2017.
D. Ürge-Vorsatz y a. et, «Energy End-Use: Buildings,» de Global Energy Assessment: Toward a Sustainable Future, Cambridge, Cambridge University Press, 2012, p. 649–760.
L. M. Iannelli, «Eficiencia en el Calentamiento de Agua Sanitaria para Uso Residencial en Argentina-Tesis,» CERARE -UBA, Buenos Aires, 2019.
L. Iannelli y a. et, «Eficiencia en el calentamiento de agua. Consumos pasivos en sistemas convencionales y solares híbridos.,» PETROTECNIA, LV, N03, P.586-95, Agosto, 2016, vol. LV, nº 3, pp. 586-595, 2016.
L. Iannelli y a. et , «Eficiencia en el calentamiento de agua caliente sanitaria en argentina.,,» Energías Renovables y Medio Ambiente, ASADES, vol. 39, pp. 21-29, 2017.

19 Comentarios

  1. Beatriz loubet

    «si nuestro equipo de apoyo es un termotanque convencional, su consumo de mantenimiento será del orden de los 5 ±2 kWh/día».
    Este artículo falla en algunos supuestos. Tengo un termotanque solar con un termotanque común. Desde noviembre a marzo, uso sólo el termotanque solar. Los demás meses del año, el termotanque común se prende por muy poco rato.

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    • Adrian

      Hola, Al termotanque lo tenés conectado en serie? Es decir, el agua caliente del tanque solar pasa por el termotanque?

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    • Lisandro

      En mi caso tenemos calefones coonvencionales como secudario, y es muy eficiente en pleno invierno, esta prendido al minimo.
      Entiendo que el termotanque es menos eficiente ya que al tener el reservorio de agua lleno, esta se enfria y mediante gas o electricidad se calienta la misma cuando no hay circulacion, y no entra agua «nueva» ya caliente.

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      • Christian Capria

        Yo estoy por efectuar una construccion nueva y no se si respaldar el calefon solar con calefon sin piloto o termotanque alta recuperacion. Que recomiendan en su opinion? Gracias

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    • Diego

      Me sucede lo mismo que vos Beatriz!!!
      El consumo de gas para calentar agua en los meses de Nov a Marzo es 0. Ni el piloto tengo prendido.

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    • Juan Nicolás Piazza

      Acá en Los Hornillos Traslasierra no tenemos G.N., el gas licuado es caro. Proliferan los termos solares. Buen Sol el 80%del año, o más.
      En mi modesta opinión, el análisis del artículo es sólo económico,… Creo que el costo ambiental- social también es importante.

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  2. Carlos

    Los costos de los termos solares y el mantenimiento de los equipos estan muy por encima de la realidad, lo que lleva a conclusiones que a mi juicioson erroneas. Igualmdnte me parece muy bieno el articulo y el debate generado

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    • Rodolfo Ranaldi

      Tengo en serie termo solar y 2 termos , uno gn y otro electrico, funcionan correctamente, en primavera a otoño solo uso solar de 200 lts, y reservorio en termos apagados, el sobrante de agua va a la piscina, en invierno no lo se, va a ser mi primer invierno

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  3. beatriz loubet

    Sí, y apago el piloto en verano

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    • Salvador Gil

      Es una buena idea. Solo acordarse de encenderlo cuando se nubla por más de un dia

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    • Alberto Miguel Calabrese

      No entendi nada

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  4. Luis Giussani

    También puede apagar el termotanque y bypasearlo…

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  5. Luis Giussani

    Excelente artículo.
    FELICITACIONES!
    Ya lo he compartido en linkedin…

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  6. Juan

    No hace falta hacer tanto análisis técnico, un calentador solar en serie con una calefon a gas Envasado genera mucho ahorro en el año, por experiencia es una buena alternativa, vivo en provincia de Santa FE. El termo solar solo necesita sol, lo cuál en el año los días de sol son mucho más que los días nublados, con ese dato es suficiente para ver la diferencia.

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  7. Nicolás bello

    Disculpá pero el costo de mantenimiento de los equipos solares es casi cero si está bien instalado y tiene las debidas protecciones contra el granizo.
    Tengo uno instalado en mi casa. Somos 3 personas.
    6 meses de verano funciona solo. Con un bypass anuló el termotanque a gas natural. los 6 meses de invierno funciona en serie.con el TT.
    Tengo 3 casa iguales que siempre han tenido aprox el mismo consumo de gas. Hoy día mi casa consume entre $2.000 y $2.500 menos se gas por mes.
    Resultado: mi equipo que costó 40.000 en set del 2018 en 20 meses se amortizó totalmente. Esta bien aceptó que a.valores constantes.y sin tener en cuenta la inflación.
    Es una buena solución el TT solar.

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  8. Carlos Ruffolo

    Buenas noches leyendo el articulo con detalle y asumiendo que lo revisaron profecionales expertos en energía me permito disentir en las conclusiones a las que arribaron.
    Primero como en toda comparativa el costo de la inversión debe tener un retorno realista y certero para tomar la desicion invertir o no.
    Ademas de hacelo convencido de que cada kw/h que produzcamos de energia anternativa evita otro kw/h de combustinle fosil Asi sera la batalla entre energia tradicional ya ineficiente en costos y la ecofrenly.
    Sin tantobdetalle y asegurando con la paguna de la NASA el nivel de asoleamiento de las coordenadas de mi casa hoy como hace 36 meses seguidos no consumo ni 1 metro cúbicos gas para mantener 220 lts de ACS . Siendo mi principal limite tecnico como lograr que mi calefon solar no pase los 92 gr en primavera/verano (a veces debo purgar el mismo para que deje de hervir) y en invierno el exceso de ACS lo utilizo para precalentar mi calefaccion central por radiadores. Los graficos del estudio son consistentes pero con estas tarifas de energia dolarizada (como lo es en todo el mundo) los proyectos son bastante mas amortizables de lo que indican las conclusiones de este paper.
    Debemos ser honestos intelectualmente y adaptar que sistema funciona mejor en cada lugar o region.
    Los saludo atte un usuario que usa gas solo de backup para pleno invierno.
    Saquen sus conclusiones y curvas de retorno de la inversion.

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