Por medio del presente proyecto, se va a aportar con la propuesta del Sistema de Calefacción Solar (SCS), el cual puede salir al mercado nacional con características de alta calidad, energéticamente sostenible, económicamente rentable y que demande un costo de mantenimiento competitivo con las opciones ya existentes en el mercado local. Asimismo, se espera que el SCS pueda ser acogido por programas nacionales desde el Gobierno Central u ONG y, potencialmente, cubra necesidades energéticas básicas de pobladores que habitan en zonas rurales altoandinas al sur del país, quienes todos los años, durante los meses de invierno, están expuestos a condiciones climáticas extremas, tal como se puede comprobar con el aumento de mortalidad y morbilidad de los sectores más vulnerables de la población (específicamente, niños menores de 5 años y los adultos mayores). Por ello, todo el estudio (análisis de energía, dimensionamiento y tratamiento de datos para el diseño y construcción del SCS) se realizará para una vivienda rural altoandina ubicada en zonas por encima de los 4,000 msnm de una zona al sur del país, dado que esta área no solo presenta mayor incidencia de heladas, sino que además cuenta con uno de los potenciales solares más altos del Perú. Cabe precisar que el SCS óptimo energéticamente será evaluado para dos diferentes viviendas de otros distritos con altos niveles de susceptibilidad a heladas. El presente trabajo se desarrollará en coordinación con profesores de universidades nacionales del sur de Perú. Además, se espera que el prototipo del SCS atraiga la atención de sectores comerciales relacionados a los rubros de minería, agricultura, ganadería y construcción. La prospección comercial del SCS en el mercado nacional estará a cargo de la empresa nacional Q Energy, que se encuentra como entidad asociada en la presente propuesta, la cual es una empresa que viene adquiriendo una presencia importante en el campo de las energías renovables en Perú.   https://t.ly/C8lP

En Perú, se encuentran identificados y priorizados 210 distritos con un nivel muy alto de susceptibilidad a las heladas en zonas ubicadas en los departamentos de Puno (67), Cusco (22), Apurímac (23), Ayacucho (20), Huancavelica (19), Lima (19), Junín (16), Arequipa (15), Ancash (6), Pasco (02) y Huánuco (1), ubicados en su mayoría en la sierra sur y centro del país. Así lo reporta el Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje 2018, elaborado por el Viceministerio de Gobernanza Territorial que forma parte de la Presidencia del Consejo de Ministros. Dichos distritos han sido identificados por su vulnerabilidad ante las bajas temperaturas que se alcanzan en los meses de invierno, debido a que su población no tiene capacidad de respuesta efectiva ante eventos climáticos extremos, pues mayormente presenta condiciones socioeconómicas caracterizadas por índices altos de pobreza o pobreza extrema, altas tazas de desnutrición crónica infantil, neumonía e infecciones respiratorias agudas. La ubicación geográfica de los distritos con un nivel muy alto de susceptibilidad a las heladas se ha identificado como un impedimento que limita la presencia del Estado. Sin embargo, el Gobierno Central, en los últimos años, ha desplegado una diversidad de programas para alcanzar una mejora en la calidad de vida de sus pobladores y, con ello, evitar que se mantengan elevados los índices de mortalidad y morbilidad que, lamentablemente, aún se registran entre los meses de junio y agosto.

El diagnóstico multisectorial claramente ha identificado que un aspecto importante que se debe ejecutar en los distritos con un nivel muy alto de susceptibilidad a las heladas es el mejoramiento del aislamiento de las viviendas. Ello no solo con el objetivo evidente de evitar que la energía alcanzada al interior (ganada por la propia actividad doméstica y metabólica de los residentes) no se pierda, sino que se aproveche de forma efectiva la energía solar disponible y abundante en esas zonas durante el día. Así, esa energía estará disponible en horas de la noche, cuando la temperatura desciende drásticamente. Si bien es cierto que para alcanzar este último objetivo se han planteado algunas estrategias bioclimáticas pasivas en la envolvente de las viviendas, que incluyen el aprovechamiento pasivo de la energía solar, estas no han logrado los resultados esperados, debido a aspectos técnicos que no han sido tomados en consideración. Más aún, de cálculos energéticos preliminares, desarrollados con programas (Energy Plus y/o Ener-Habitat), se sabe que no será posible brindar bienestar térmico a los pobladores dentro de sus viviendas para los distritos con un nivel muy alto de susceptibilidad a las heladas que se encuentran expuestos a climas fríos extremos (generalmente, para zonas ubicadas por encima de los 4,000 msnm), implementando solamente sistemas solares pasivos. Es decir, se requerirán sistemas de calefacción activos que suministran energía para generar calor dentro de las viviendas. Siendo el recurso solar abundante, esa energía requerida debe venir del Sol, con sistemas de calefacción solar activos, que consumirán también un poco de energía eléctrica que podría provenir del Sol. De esa manera, esos sistemas de calefacción tendrán un uso eficiente y sostenible. Además, se debe identificar claramente que el aprovechamiento del ilimitado recurso solar será el mejor medio, sino el único, de energizar estas zonas vulnerables, tanto para hacer habitables sus viviendas como para transformar y desarrollar el estilo y calidad de vida de sus habitantes.

En los últimos años, diversas instituciones académicas (la Pontificia Universidad Católica del Perú y la Universidad Nacional de Ingeniería), instituciones gubernamentales (más de diez ministerios e instituciones como INDECI, SENAMHI y CENEPRED) e instituciones no gubernamentales (el Programa Alianza en Energía y Ambiente, la Región Andina del Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura, la Sociedad Internacional de Cooperación y el Ministerio Federal de Cooperación Económica y Desarrollo de Alemania) han desarrollado múltiples esfuerzos para contribuir a mejorar la calidad de vida de los pobladores de zonas rurales altoandinas expuestas a heladas, de tal modo que disminuyan los niveles de mortalidad y morbilidad a los que se encuentran expuestos durante los meses de invierno. Un factor que se ha identificado como causa de la vulnerabilidad de la población, ante las bajas temperaturas, alude a las condiciones de las viviendas tradicionales, en las cuales las temperaturas al interior son similares a las temperaturas climáticas. Un objetivo claramente identificado por los diferentes programas o iniciativas que han intervenido es obtener viviendas térmicamente saludables. Incluso, el Gobierno ha elaborado recientemente el Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje 2018, realizado por el Viceministerio de Gobernanza Territorial, y el documento Escenarios de Riesgo por Heladas y Friajes en el Marco del Plan Multisectorial 2018, realizado por CENEPRED, donde se indican las diferentes acciones ejecutadas por instituciones públicas para mitigar los efectos nocivos de las heladas.

En relación a las viviendas rurales altoandinas, el esfuerzo se ha dirigido sobre todo a mejorar el aislamiento térmico de las viviendas tradicionales. También, se ha usado la energía solar, abundante en estas zonas, especialmente, en las épocas de las heladas, para aumentar la temperatura en las viviendas. Si bien diversas mejoras bioclimáticas, que usan la energía solar en forma pasiva, como tragaluces o invernaderos adosados, ajustan la temperatura en la vivienda, también hay que decir que otras mejoras, implementadas por diversos programas públicos, algunos masivos, no han contribuido a alcanzar el confort térmico. En muchos casos, esto no es suficiente y se requiere una calefacción adicional, proporcionado por una estufa, tal como se resuelve el problema de las bajas temperaturas en varias partes del mundo, usando estufas de madera, gas u otro combustible.

En zonas altoandinas, el acceso a combustible local puede ser muy limitado o inexistente. Por otro lado, se cuenta con un alto potencial solar, lo que permite pensar en el SCS activo (la participación de un motor alimentado por energía eléctrica proveniente de un panel fotovoltaico), que funcione como una estufa solar y proporcione la energía calorífica requerida para lograr el bienestar térmico en la casa, a pesar de las bajas temperaturas exteriores. No obstante, prácticamente no hay estudios o instalaciones en Perú que usan la energía solar en forma activa y, definitivamente, no existen para zonas expuestas a climas extremos de bajas temperaturas, lo que hace indispensable realizar un proyecto que demuestre que se puede incorporar como opción energética viable y sostenible el uso de una estufa solar, conocido como SCS, que puede instalarse en casas altoandinas para obtener condiciones de bienestar térmico, con el objetivo de mejorar la calidad de vida de los pobladores a corto plazo, y contribuir al desarrollo y transformación de su estilo de vida.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o de diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

•       Un investigador principal

•       Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)

•       Dos tesistas de posgrado

•       Un gestor tecnológico

•       Un coordinador administrativo

Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

Tipo de proyecto: Desarrollo tecnológico

Subsector: Energía

Sector: General

Lugar de ejecución del proyecto: Lima – Arequipa – Moquegua – Tacna – Cusco – Puno

Fecha de inicio: 03/12/2018

Fecha de cierre: 03/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

Diseñar, dimensionar, construir y evaluar los Sistemas de Calefacción Solar (SCS) de alta calidad, que demanden un bajo presupuesto de mantenimiento y posean un tiempo de vida útil competitivo con los sistemas comerciales de calefacción del mercado nacional. Estos son sistemas desarrollados tecnológicamente a base de diferentes tipos de colectores fototérmicos y con un sistema aislado de circulación. La demanda energética de estos SCS se determinará considerando la exigencia de las viviendas altoandinas ubicadas por encima de los 4,000 msnm, pero que cuenten con modificaciones/mejoras básicas de aislamiento en su envolvente. Se proyecta que estos SCS no solo puedan instalarse en viviendas, por medio de programas sociales, o en instituciones del Estado, como centros de salud, colegios públicos, municipalidades o tambos, sino también que los SCS se presenten como una opción de ahorro energético de interés para empresas privadas dedicadas al sector de la minería, agricultura o construcción. Cabe resaltar que esta propuesta cuenta con la participación de las universidades nacionales de Arequipa, Cusco, Moquegua, Tacna y Puno, ubicadas en regiones expuestas a heladas, así como de la empresa Q Energy, que en los últimos años ha alcanzado un posicionamiento comercial importante en el campo de las energías renovables de Perú.

Finalmente, resulta importante señalar que la presente propuesta permitirá sobre todo viabilizar un medio de energización eficiente y sostenible para las zonas socialmente más vulnerables a los climas extremos con bajas temperaturas, y que cuentan con abundante radiación solar durante todo el año.

Objetivo específico 1

Determinar las condiciones (rango de temperatura) de bienestar térmico para una población altoandina del Perú expuesta a climas extremos de bajas temperaturas y ubicada en una zona a más de 4,000 msnm, aplicando el enfoque propuesto por el modelo adaptativo.

Objetivo específico 2

Diseñar y dimensionar un Sistema de Calefacción Solar (SCS), considerando la demanda energética para una vivienda rural altoandina, que cuente con un mejoramiento en su envolvente para que brinde un aislamiento térmico básico del exterior, y que esté expuesta a climas extremos de bajas temperaturas en zonas ubicadas por encima de los 4,000 msnm. La energía que debe aportar el SCS a la vivienda rural altoandina será calculada tomando como referencia la información obtenida en el objetivo anterior. Es decir, los cálculos de dimensionamiento y rendimiento del SCS se desarrollarán considerando los límites mínimos de temperatura que deben alcanzarse para que los pobladores experimenten bienestar térmico dentro de un ambiente de una vivienda rural altoandina, según el modelo adaptativo. En caso de no conseguirse esta información, se empleará la data climatológica de déficit de calor, calculada en grado-día, como índice para la estimación de la rigurosidad de la temporada de bajas temperaturas en la región andina según el SENAMHI.

Objetivo específico 3

Construir un Sistema de Calefacción Solar (SCS) energéticamente óptimo, diseñado y dimensionado en el objetivo anterior, y evaluar en campo su comportamiento y rendimiento energético para una vivienda rural altoandina. Tal como se definió, la vivienda rural altoandina debe contar con un mejoramiento en su envolvente para que brinde un aislamiento térmico básico del exterior, y que además esté expuesta a climas extremos de bajas temperaturas para zonas ubicadas por encima de los 4,000 msnm, zona ubicada en la región Arequipa.

Objetivo específico 4

Evaluar el comportamiento y rendimiento energético del Sistema de Calefacción Solar (SCS) construido en el objetivo anterior en otras dos regiones de la zona sur del Perú, entre las que se pueden mencionar las regiones de las universidades que acompañan esta propuesta como entidades asociadas, tales como Moquegua, Tacna, Puno o Cusco. Con el desarrollo de este objetivo, se estrecharán esfuerzos entre diferentes actores académicos (profesores de las universidades nacionales del sur del país) para impulsar el posicionamiento energético de las energías renovables en Perú. Los coinvestigadores de las dos universidades seleccionadas serán los responsables de identificar, primero, los distritos con un nivel muy alto de susceptibilidad a heladas en su región; y, segundo, las familias que estén dispuestas a facilitar su vivienda para que sea posible desarrollar la evaluación del SCS óptimo.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional de Ingeniería

RUC: 20169004359

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Rimac

Dependencias: Facultad de Ciencias

Instituciones asociadas

Paris-East Créteil Univertity

Tipo de entidad: Universidades extranjeras

Régimen: Público

País: Francia

Ciudad: París

Universidad Nacional Autónoma de México

Tipo de entidad: Universidades extranjeras

Régimen: Público

País: México

Ciudad: Morelos

Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

RUC: 20147796634

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Tacna

Provincia: Tacna

Distrito: Tacna

Universidad Nacional de Moquegua

RUC: 20449347448

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Moquegua

Provincia: Mariscal Nieto

Distrito: Moquegua

Universidad Nacional de San Agustín

RUC: 20163646499

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

RUC: 20172474501

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Cusco

Provincia: Cusco

Distrito: Cusco

Q Energy Peru S.A.C.

RUC: 20492221571

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Luis

Universidad Nacional del Altiplano

RUC: 20145496170

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Puno

Provincia: Puno

Distrito: Puno

Investigador principal

Nombres: Mónica Marcela

Apellido paterno: Gómez

Apellido materno: León

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctora en Física

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ciencias

Coinvestigador

Nombres: Manfred Josef

Apellido paterno: Horn

Apellido materno: Mutschler

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ciencias

Coinvestigador

Nombres: Víctor Damián

Apellido paterno: Cahuana

Apellido materno: Quispe

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional de Moquegua

Dependencia: Escuela Profesional de Física

Coinvestigador

Nombres: Carlos Armando

Apellido paterno: Polo

Apellido materno: Bravo

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Dependencia: Centro de Energías Renovables de Tacna (CERT)

Coinvestigador

Nombres: Juan Ernesto

Apellido paterno: Palo

Apellido materno: Tejada

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional de San Agustín

Dependencia: Escuela Profesional de Física

Coinvestigador

Nombres: Domingo Walter

Apellido paterno: Kehuarucho

Apellido materno: Cárdenas

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

Dependencia: Dpto. Académico de Física

Coinvestigador

Nombres Aldo Manuel

Apellido materno: Rosas

Apellido materno: Gallegos

Grado académico: Magíster

Entidad: Q Energy Peru S.A.C.

Dependencia: I+D+i

Coinvestigador

Nombres: Máximo Roberto

Apellido materno: Pari

Apellido materno: Coila

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional del Altiplano

Dependencia: Departamento académico de Física – Matemáticas

Coinvestigador

Nombres: Guillermo

Apellido paterno: Barrios

Apellido materno: Del Valle

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Autónoma de México

Dependencia: Instituto de Energías Renovables

Coinvestigador

Nombres: Gilles

Apellido paterno: Lefebvre

Apellido materno: Tocqueville

Grado académico: Doctorado

Entidad: Paris-East Créteil Univertity

Dependencia: CERTES

Coinvestigador

Nombres: Jorge Antonio

Apellido paterno: Rojas

Apellido materno: Menéndez

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Autónoma de México

Dependencia: Instituto de Energías Renovables

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.