1. •Mgt. D. Walter Kehuarucho C.
•LIC . Abrahan Huaman C.

2. INTRODUCCION
La conversión fototérmica, tiene muchas aplicaciones como el
calentamiento de aire y una de ellas es, en el uso de calefacción
para viviendas en las zonas alto andinas del Perú y así resolver el
problema de friajes que se presentan en los meses de Mayo, Junio,
Julio y Agosto de cada año, en todo el territorio de nuestro país.
El Cusco tiene una densidad energética de 5,280 kWh/mmmm2222 de energía
solar, esto nos permite desarrollar y aprovechar el flujo de energía
solar en calefacción de viviendas en zonas urbanas y rurales de la
región. Así mismo en éste trabajo de experimentación, se utilizó 2
colectores solares planos.
región. Así mismo en éste trabajo de experimentación, se utilizó 2
colectores solares planos.
La arquitectura solar pasiva, aparece como una corriente tecnológica
moderna, de probada eficiencia, simple y altamente confiable,
económica y de larga vida útil, consistente en dispositivos
incorporados a la edificación.
También en este trabajo se realizó la construcción de la vivienda con
algunas recomendaciones técnicas, del mismo modo se realizó
mediciones experimentales, para realizar un balance energético del
confort de la vivienda.

3. ENERGÍAENERGÍAENERGÍAENERGÍA SOLARSOLARSOLARSOLAR
Algunas definiciones formales de las cantidades más importantes que
se manejan en el campo de la radiación.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN....---- Es la energía electromagnética emitida, transferida o recibida.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR....---- Término genérico para la energía radiante que emite el
Sol.
IRRADIANCIAIRRADIANCIAIRRADIANCIAIRRADIANCIA....---- Potencia solar incidente en una superficie por unidad de
área.
I (W/m2)
IRRADIACIÓNIRRADIACIÓNIRRADIACIÓNIRRADIACIÓN....---- Energía solar incidente en una superficie por unidad de
área. Es el resultado de integrar la irradiancia en un periodo de tiempo,
H(Wh/m2).
área. Es el resultado de integrar la irradiancia en un periodo de tiempo,
H(Wh/m2).
Cualquiera de los términos anteriores puede ser aplicado a cualquier
rango de radiación espectral. La relación entre las diferentes
magnitudes espectrales es la siguiente:
donde:
λ: Longitud de onda.
K: Numero de onda
: Frecuencia
c: velocidad de la luz.
υ

4. RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN DEDEDEDE ONDAONDAONDAONDA CORTACORTACORTACORTA (RADIACIÓN(RADIACIÓN(RADIACIÓN(RADIACIÓN SOLAR)SOLAR)SOLAR)SOLAR)....---- Es la
radiación de longitudes de onda entre 0,2 µm a 4 µm,
aproximadamente.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN DEDEDEDE ONDAONDAONDAONDA LARGALARGALARGALARGA (RADIACIÓN(RADIACIÓN(RADIACIÓN(RADIACIÓN TERRESTRE)TERRESTRE)TERRESTRE)TERRESTRE)....---- Es
la radiación de longitudes de onda de 4 a 100 µm
aproximadamente.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR DIRECTADIRECTADIRECTADIRECTA....---- Es la radiación solar que se
recibe del ángulo sólido del disco solar.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR DIFUSADIFUSADIFUSADIFUSA....---- Es la radiación solar
procedente de toda la bóveda celeste. Está originada por
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR DIFUSADIFUSADIFUSADIFUSA....---- Es la radiación solar
procedente de toda la bóveda celeste. Está originada por
la dispersión de la radiación en la atmósfera.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR REFLEJADAREFLEJADAREFLEJADAREFLEJADA....---- Es la fracción de la
radiación solar (directa y difusa) que es reflejada por la
superficie terrestre.
RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR GLOBALGLOBALGLOBALGLOBAL....---- Suma de la radiación solar
directa, difusa y reflejada.

5. RADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓNRADIACIÓN SOLARSOLARSOLARSOLAR....---- Al incidir las ondas electromagnéticas sobre materiales,
ceden su energía en forma de paquetes de energía o partículas sin masa,
llamados fotones cuya energía es:
E = energía (J)
= Frecuencia lineal (Hz)
h = constante de Planck = 6,6256 10 –34 J.s.
Es posible medir la cantidad de energía que está asociada a cada una de las
bandasespectrales, resultando así:
8% corresponde a (UV).
39% corresponde al visible (V).
49% corresponde al infrarrojo (IR).
υhE =
υ
49% corresponde al infrarrojo (IR).
4% corresponden a otros.
La radiación que sale del Sol no es idéntica a la que llega a la superficie de la
tierra puesto que debe atravesar la atmósfera. En esta se difunde por las
moléculas que constituyen el aire, por el polvo y el vapor de agua. Se absorbe,
en forma selectiva, por el ozono (UV corto), vapor de agua (IR largo) y el O2 y
CO2, cuyas concentraciones varían con el tiempo.
La cantidad de radiación absorbida o difundida depende de la trayectoria
óptica de la radiación a través de la atmósfera. Cuando el sol está en su punto
de máxima altura (mediodía solar) llega mucho más radiación, y con distinta
calidad espectral, que cuando está cerca al horizonte.

6. IRRADIANCIA ESPECTRAL.IRRADIANCIA ESPECTRAL.IRRADIANCIA ESPECTRAL.IRRADIANCIA ESPECTRAL.----
Es la intensidad de la radiación recibida en cada longitud de onda.
La irradiancia espectral extraterrestre; es decir, las recibidas sobre
la capa exterior de la atmósfera presentamos en la siguiente
grafica. En esta grafica se indica el porcentaje de intensidad que
llega en cada una de las bandas.

7. LALALALA CONSTANTECONSTANTECONSTANTECONSTANTE SOLARSOLARSOLARSOLAR....---- Se
denomina así, a la cantidad de
energía que nos llega del Sol en la
unidad del tiempo, por unidad de
superficie normal a la dirección de
la radiación incidente, en la
superficie exterior de nuestra
atmósfera. Lo llamaremos IIIICCCC y es la
misma que se recibiría sobre la
superficie de la Tierra en caso desuperficie de la Tierra en caso de
que no hubiera atmósfera.
medidas NASA IIIICCCC = 1 353 W/m2
, con un error de 1.5%
1978 FROHLICH Recomendó IC
= 1 373 W/m2 , satélites NIMBUS
Y MARINER.
1994 WORLD RADIATION CENTER
(WRC) IIIICCCC = 1 367 W/m= 1 367 W/m= 1 367 W/m= 1 367 W/m2222 valor
medio Standard con error de 1%

8. RADIACIÓN GLOBAL, DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADARADIACIÓN GLOBAL, DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADARADIACIÓN GLOBAL, DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADARADIACIÓN GLOBAL, DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADA
La radiación solar, en su trayecto hacia la superficie
terrestre, es parcialmente absorbida, reflejada y
difundida por los constituyentes de la atmósfera. Aún
al medio día, de un día claro con cielo limpio, la
atenuación de la radiación directa está entre el 30 y
35%.
YURI A. GONZALEZ GONZALEZ
35%.
Para efectos prácticos que nos interesan, estos
fenómenos de absorción, reflexión y difusión, dan
origen a una descomposición de la radiación en la
superficie terrestre en tres componentes; la directa,
la difusa y la reflejada. La suma de estas tres
componentes se llama Radiación Global, o
hemisférica.

9. Nubes
Aerosoles
Limite de la atmósfera
Reflejada al espacio
Moléculas de aire
Nubes
Directa
Difusa
RADIACION RECIBIDA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE

10. Radiación Global miden los piranómetros
Radiación Directa miden los pirheliometros
Fracción de horas de sol heliógrafos
Podemos escribir:
Ih = Id + Ib
Hh = Hd + HbHh = Hd + Hb
Ih : Radiación global; Id; Radiación directa;
Ib; Radiación reflejada
Hh : Irradiación global; Hd; Irradiación directa;
Hb; Irradiación reflejada

11. COMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTO DEDEDEDE UNUNUNUN COLECTORCOLECTORCOLECTORCOLECTOR PLANOPLANOPLANOPLANO
El comportamiento de un colector solar, debe entenderse bajo un punto
de vista técnico de igual forma de cómo se interpreta el
comportamiento de una maquina térmica cualesquiera, dentro del
régimen que corresponda en cada caso.
Esto significa que, luego de ser establecido el régimen de
funcionamiento de un colector solar debe analizarlo considerando los
diversos factores que gobiernan el mismo, el problema surge cuando
comprobamos que aquel régimen de funcionamiento es, en estos
casos, inestable o muy variable debido a que las fuerzas impulsoras
radiación solar, velocidad del viento y temperatura del ambiente son
inestables y variables lo que origina que no pueda hablarse de un
radiación solar, velocidad del viento y temperatura del ambiente son
inestables y variables lo que origina que no pueda hablarse de un
régimen de funcionamiento estable y constante, sino de muchos
regímenes que serían función directa de la variación de aquellas
fuerzas impulsoras y entonces tenga que analizarse y/o proyectarse
comportamientos diarios, mensuales, estaciónales o anuales
representativos de esos mismos periodos lo que hace indispensable un
análisis más o menos profundo de todos los parámetros que influyen en
el funcionamiento del colector.

13. YURI A. GONZALEZ GONZALEZ

15. YURI A. GONZALEZ GONZALEZ

16. CALCULO DE EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLARCALCULO DE EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLARCALCULO DE EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLARCALCULO DE EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLAR
El colector solar puede ser analizado como una
maquina térmica en tanto que recibe una forma
de energía, la transforma y entrega energía en la
forma de fluido caliente, según se Ilustra en el
esquema siguiente:
Energía disponible
COLECTOR
)(m esp TTc −=
•
eTm&
Energía perdida
Energía útil

17. Por lo tanto y como se aprecia, estamos en
condiciones de hablar de energía disponible, energía
útil y energía perdida y consecuentemente pensar en
términos de eficiencia que, en primer término
podríamos representarla como:
DISPONIBLEENERGIA
PERDIDAENERGIADISPONIBLEENERGIA
DISPONIBLEENERGIA
UTILENERGIA
EFICIENCIA
−
===η
PERDIDAENERGIA
EFICIENCIA 1−==η
DISPONIBLEENERGIA
EFICIENCIA
.
1−==η
Expresión típica que expresa de manera general la
eficiencia de una máquina térmica, sin embargo
tratándose de colectores solares debemos tener
presente que la energía útil obtenida, normalmente
significa un fluido caliente, este aspecto y el que
explicáramos seguidamente, lo diferencian
notablemente de una máquina térmica cualesquiera.

18. BALANCE TÉRMICO Y EFICIENCIA DE UNBALANCE TÉRMICO Y EFICIENCIA DE UNBALANCE TÉRMICO Y EFICIENCIA DE UNBALANCE TÉRMICO Y EFICIENCIA DE UN
COLECTOR SOLARCOLECTOR SOLARCOLECTOR SOLARCOLECTOR SOLAR
Para un colector solar puede establecerse el
siguiente balance térmico:
CALOR ABSORBIDO
POR EL COLECTOR
CALOR ÜTIL EN EL
COLECTOR
CALOR PERDIDO
DESDE EL COLECTOR
CALOR ALMACENADO EN
LOS MATERIALES DEL
COLECTOR+ +=
( ) ( ) ( ) ( ) T∆
( ) ( ) ( ) ( )
t
T
McTTAUTTCmAH eqpapLesP
∆
∆
+−+−= &τα
El ultimo término de esta expresión representa
la cantidad de energía que se pierde por el
calentamiento que sufren los materiales que
conforman el colector el que se hace cero para
una situación de equilibrio considerando un
estado de funcionamiento cuasi estable.

19. En la que: Qu= , y qu es el calor útil en el
colector por unidad de área de superficie
absorbedora. Entonces, la eficiencia, es:
( ) ( )apL
u
u TTUH
A
Q
q −−== τα
( )esp TTcm −
•
incidentesolarEnergia
colectorelenÚtilCalor
=η
( ) ( ) ( )
•
( )
( ) ( )
( )
( )
H
TTU
HA
TTC
H
TTU
H
q apLesPapLu m −
−=⇒
−
=
−
−==
•
ταηταη
Esta expresión representa la eficiencia del colector
considerando la transformación de energía solar que
se produce y que queda acumulada transitoriamente
como energía interna en la placa absorbedora, proceso
entendido como "Transformación de Energía Solar en
Calor", tomándola como energía útil en el colector.

20. ACUMULADORES Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIAACUMULADORES Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIAACUMULADORES Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIAACUMULADORES Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
El acumulador de energía es un elemento cuya función
es almacenar energía durante un cierto tiempo en
forma de calor sensible o latente de acuerdo a la
sustancia de acumulación, para luego cederla según
los requerimientos de la necesidad.
En nuestro trabajo de Investigación el acumulador seEn nuestro trabajo de Investigación el acumulador se
ha utilizado la piedra de tipo pomepomepomepome por su capacidad de
almacenar energía térmica, en un depósito de forma de
un paralelepípedo, conteniendo en su interior la
sustancia para la acumulación de energía y aislado
convenientemente para que en la noche pueda ser
utilizada.

21. USO DE PIEDRAS COMO SUSTANCIA DEUSO DE PIEDRAS COMO SUSTANCIA DEUSO DE PIEDRAS COMO SUSTANCIA DEUSO DE PIEDRAS COMO SUSTANCIA DE
ACUMULACIÓNACUMULACIÓNACUMULACIÓNACUMULACIÓN
El uso de piedras como sustancia de
acumulación se debe principalmente por su
capacidad de ganar y ceder calor con cierta
facilidad, aunque no todos los tipos de piedras
tengan esta característica que no son buenos
conductores de calor.
tengan esta característica que no son buenos
conductores de calor.
Para ello en nuestro caso se ha realizado algunas
pruebas experimentales como en el caso de
exponer las piedras pintadas de color negro mate,
a la radiación directa del sol.

22. ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALORANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALORANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALORANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Cálculo del coeficiente volumétrico y transferencia de
calor hv;
donde:
650: factor de coeficiente volumétrico de
trasferencia
D : diámetro equivalente y esta dado por:
3
7.0
650
m
W
D
G
hv 





=
D : diámetro equivalente y esta dado por:
donde:
: Volumen neto de las piedras en el acumulador.
Np : Número de piedras.
G : flujo de masa por unidad de sección.
p
Np
N
VG
D
π
=
PNV

23. y si a esta relación agregamos las pérdidas que
se producen en el acumulador tenemos:
donde la temperatura del aire en cada estrato (Tfi)
( ) pfifv
bi
a Qi
TTxAh
dt
dT
xAC
•
−−∆=∆ −1
...ρ
( ) pfifv
bi
a Qi
TTxAh
dt
dT
xC
•
−−∆=∆ −1
..ρ
donde la temperatura del aire en cada estrato (Tfi)
está dado por:
Donde:
A : Área de sección del acumulador.
: Distancia horizontal entre termocuplas.
: A las condiciones que abandona el aire del colector
( )ibif
C
p
vfif TT
xA
hTT
mc
i ,11
−






∆
−= −•−
X∆
C
pCm 




 •

24. YURI A. GONZALEZ GONZALEZ
Esquema que muestra la disposición del sistema experimental
para el estudio de las piedras como sustancia acumuladora
de energía.

25. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍAALMACENAMIENTO DE ENERGÍAALMACENAMIENTO DE ENERGÍAALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
El almacenamiento de energía es de importancia
crítica para el éxito de cualquier fuente de energía
intermitente a la hora de responder a las demandas
fuertes.
Este problema es especialmente grave en el caso deEste problema es especialmente grave en el caso de
la energía solar debido a que se necesita el
almacenamiento en su mayor parte cuando la
disponibilidad solar es baja, principalmente en
invierno (a nivel del mar), pero la irradiancia en el
sur del Perú es apreciablemente bastante intenso.

26. ALMACENAMIENTO TÉRMICOALMACENAMIENTO TÉRMICOALMACENAMIENTO TÉRMICOALMACENAMIENTO TÉRMICO
Cada sistema solar tiene un cierto grado de
almacenamiento de energía térmica, bien
proporcionado deliberadamente como un lugar
para almacenar suficiente energía para suavizar
las fluctuaciones de flujo de entrada o bien a
través de la inercia térmica del sistema de
colectores y fluido de transferencia térmica.colectores y fluido de transferencia térmica.
Sin embargo, el almacenamiento térmico es
utilizado durante un tiempo breve, medido en
horas, lo cual en general no es suficiente para
hacer que un sistema funcione a lo largo de todo el
invierno.

27. FLUJO DE AIREFLUJO DE AIREFLUJO DE AIREFLUJO DE AIRE
El flujo de aire tiene muchas similitudes con el del
agua. Puede ser laminar y turbulento. El viento laminar
adopta trayectorias de hilos paralelos a la superficie
terrestre, en el viento turbulento los hilos adoptan
trayectorias turbulentas de carácter helicoidal. El
viento se hace turbulento a partir de cierta velocidadviento se hace turbulento a partir de cierta velocidad
crítica (1metro/segundo). Además las irregularidades
del relieve y la vegetación provocan turbulencias
dinámicas.
En nuestro caso necesitamos determinar el flujo del
aire que atraviesa al colector. Para poder determinar la
eficiencia de la misma.

28. νπν 2
.
.
RAm =
Para ello utilizaremos la siguiente relación.

29. MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE LA VIVIENDAMATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE LA VIVIENDAMATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE LA VIVIENDAMATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE LA VIVIENDA
PIEDRAPIEDRAPIEDRAPIEDRA
La piedra es la sustancia mineral, sólida y compacta, ni terrosa ni de
aspecto metálico.
La piedra o roca se puede clasificar en tres grupos de acuerdo con
su origen geológico: ígnea. Sedimentaria y metamórfica.
ADOBEADOBEADOBEADOBE
La palabra adobe según el diccionario es la masa de barro y paja en
forma de ladrillo y seca al aire y se moldeada con un instrumento
que se llama adobera.que se llama adobera.
El adobe se hace de una arcilla calcárea arenosa o de cualquier
arcilla desértica aluvial con buenas propiedades plásticas, que se
secan constituyendo una masa dura y uniforme. Se puede utilizar
mejor en climas áridos o semiáridos, en donde la arcilla es
abundante y en los que pueden aprovechar con ventaja las
excelentes propiedades aislantes de adobe.
Por lo general los adobes miden de 3 a 5 pulgadas (76.2 a 127 mm)
de altura, 10 a 12 pulgadas (254 a 304.8 mm) de ancho y 14 a20
pulgadas (355.6 a 508 mm) de largo.

30. Formas de Preparación de AdobeFormas de Preparación de AdobeFormas de Preparación de AdobeFormas de Preparación de Adobe
ConConConCon PajaPajaPajaPaja....---- El material paja se agrega una vez que el barro este
homogéneo para impedir que formen grietas, se usan
especialmente en la construcción de viviendas en la tierra.
ConConConCon pelopelopelopelo humanohumanohumanohumano yyyy salsalsalsal....---- Su uso es para la construcción de hornos,
el pelo humano se introduce en ves del material paja por la misma
razón anterior y se agrega sal para que acumule el calor del aire
caliente.
TejaTejaTejaTejaTejaTejaTejaTeja
La teja es la pieza de barro cocido en forma de canal, que sirve para
cubrir por fuera los techos, y sirve para el tejado por parte superior
de una vivienda.
La teja de barro es una pieza de este material hecha en forma de
canal; usada para cubrir exteriormente los techos y no permitir la
entrada de agua de lluvia a un espacio dejándola escurrir. En la
época de la colonia se utilizaban casi en todas las construcciones
formando así parte de nuestra identidad; todos las recordamos.

31. CarrizoCarrizoCarrizoCarrizo
El carrizo es la planta gramínea, propia de lugares
húmidos, que cuyos tallos se construyen cielos rasos.
VentanaVentanaVentanaVentana
Abertura más o menos elevada sobre el suelo, que se
deja en una pared para dar la luz y ventilación. Hojas
de madera y de vidrio con que se cierra esta abertura.de madera y de vidrio con que se cierra esta abertura.
YesoYesoYesoYeso
El yeso sulfato de cal hidratado que se emplea mucho
en la construcción y en la escultura, después de
deshidratado por la acción del fuego y molido por su
propiedad de endurecerse con rapidez al mezclarse
armarse con agua; se emplea en la construcción y en
escultura y para cubrir una pared.
PuertaPuertaPuertaPuerta
VidrioVidrioVidrioVidrio

32. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN COLECTOR PARA CALENTAMIENTODISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN COLECTOR PARA CALENTAMIENTODISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN COLECTOR PARA CALENTAMIENTODISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN COLECTOR PARA CALENTAMIENTO
DE AIRE Y ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALESDE AIRE Y ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALESDE AIRE Y ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALESDE AIRE Y ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES
DISEÑO DE LOS COLECTORESDISEÑO DE LOS COLECTORESDISEÑO DE LOS COLECTORESDISEÑO DE LOS COLECTORES
Las viviendas en las zonas alto andinas de nuestro Perú
(zonas rurales) deben orientarse adecuadamente en su
construcción, para la conversión de la energía radiante (sol)
en energía calorífica.
Primeramente para diseñar un colector de aire se debe
tener en cuenta algunos parámetros locales como son:tener en cuenta algunos parámetros locales como son:
Volumen de aire a calentar (dentro de la habitación) =
64m3
Temperatura de aire a calentar
Ti = 11ºC (Temperatura Inicial de la habitación)
Tf = 27ºC (Temperatura final de la habitación)
∆T =Tf – Ti = 27ºC – 11ºC = 16ºC
Energía solar promedio en Cusco, es:
Kayra: 5,280kWh/m2 día.

33. haciendo Cálculos:
donde:
= 1,16 Kg/m3
TmCQ P ∆=
Vm ρ=
TVCQ p ∆= ρ
aireρ
V = 64m3
Cp = 1011,6J/kgºC
Luego la energía es:
C
Ckg
J
m
m
kg
Q º16
º
6,10116416,1 3
3
×××=
JQ 944,1201618=

34. Luego Q en unidades de kWh será:
= 0,33378kWh
(energía necesaria para calentar el volumen del aire dentro de
la habitación cuando la temperatura se incrementa de 11 ºC a
27ºC)
J
kWhJ
Q
3600000
144,1201618 ×
=
%100
min
×=
istradoSuEnergia
NecesarioEnergia
η
Entonces:
Luego el área del colector será:
ministradoSuEnergia
%100min ×=
η
NecesarioEnergia
istradoSuEnergia
68.0
0.33378kWh
min =istradoSuEnergia
diakWhistradoSuEnergia /84706,21204min =
4
./280,5
dia/6kWh21204,8470
2
==
diamkWh
Ac m2

35. INSTALACION DE LOS COLECTORESINSTALACION DE LOS COLECTORESINSTALACION DE LOS COLECTORESINSTALACION DE LOS COLECTORES
VISTA DEL COLECTORVISTA DEL COLECTORVISTA DEL COLECTORVISTA DEL COLECTOR

36. VISTA DE CORTEVISTA DE CORTEVISTA DE CORTEVISTA DE CORTE

37. CALCULO DE ANGULO DE INCLINACION DE LOS COLECTORESCALCULO DE ANGULO DE INCLINACION DE LOS COLECTORESCALCULO DE ANGULO DE INCLINACION DE LOS COLECTORESCALCULO DE ANGULO DE INCLINACION DE LOS COLECTORES
ANGULO DE DECLINACION: MEDIOS MENSUALES DEL SOL
(Elaborado para el Hemisferio Sur)
φδα −=

38. VISTAS DE INSTALACIONVISTAS DE INSTALACIONVISTAS DE INSTALACIONVISTAS DE INSTALACION

39. Esquema del colector solar instalado

43. INSTALACIÓN DE LOS DUCTOS (Tuberías)INSTALACIÓN DE LOS DUCTOS (Tuberías)INSTALACIÓN DE LOS DUCTOS (Tuberías)INSTALACIÓN DE LOS DUCTOS (Tuberías)
Se ha utilizado tubos como ductos desde el colector
que se encuentra en el techo de la vivienda, para
trasladar el aire caliente hasta el interior de la
vivienda, para lo cual se ha utilizado tubos de las
siguientes características:
Tubos PVC de tres pulgadasTubos PVC de tres pulgadas
Codos de tres pulgadas
Tes de PVC de tres pulgadas
Yes de PVC de tres pulgadas
Pegamento de PVC
Pintura de color mate negro.

44. Toma de DatosToma de DatosToma de DatosToma de Datos
Temperatura exterior e Interior de la viviendaTemperatura exterior e Interior de la viviendaTemperatura exterior e Interior de la viviendaTemperatura exterior e Interior de la vivienda

45. Radiación SolarRadiación SolarRadiación SolarRadiación Solar
Tabla 2Tabla 2Tabla 2Tabla 2
Intensidad de en w/m2 (mes de mayo de 2009)
tiempo en
horas 11/05/2009 12/05/2009 13/05/2009 14/05/2009 15/05/2009 16/05/2009 17/05/2009 18/05/2009
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0 0 0 0
6 50 6 50 30 20 10 10 10
7 222 198 241 96 92 49 52 50
8 406 389 430 323 347 438 458 391
9 573 568 576 456 462 600 637 601
10 714 724 705 633 624 706 737 719
11 784 819 787 506 519 753 780 778
12 794 838 809 514 532 771 796 814
13 750 799 786 447 485 756 762 776
14 632 671 682 268 291 679 708 725
15 525 546 580 457 514 530 557 557
16 368 368 421 132 144 373 398 380
17 132 134 176 45 55 185 198 168
18 0 0 0 0 0 0 0 0
19 0 0 0 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0 0 0
21 0 0 0 0 0 0 0 0

46. HUMEDAD RELATIVAHUMEDAD RELATIVAHUMEDAD RELATIVAHUMEDAD RELATIVA
Tabla 3Tabla 3Tabla 3Tabla 3
humedad Relativa en %
tiempo en horas
día 11/05/2009 día 14/05/2009 día 16/06/2009 día 16/06/2009
exterior interior exterior interior exterior interior exterior interior
0 54 57 53 56 54 57 54 57
1 54 56 54 57 54 58 54 58
2 56 59 55 58 56 61 56 61
3 58 61 57 62 59 60 59 60
4 59 63 60 62 61 63 61 63
5 61 62 61 62 62 62 62 62
6 59 61 52 58 48 56 48 516 59 61 52 58 48 56 48 51
7 60 65 70 73 91 85 72 74
8 63 64 69 70 78 70 59 54
9 59 64 67 69 50 52 35 38
10 51 66 64 67 43 43 33 35
11 34 63 58 63 34 52 27 34
12 33 53 53 57 26 30 33 35
13 25 52 49 56 24 31 25 36
14 25 48 45 48 28 48 22 34
15 30 46 39 47 18 31 26 36
16 33 43 36 49 21 23 37 35
17 38 42 34 36 32 47 20 33
18 42 44 33 37 46 51 35 50
19 43 45 42 46 45 49 45 60
20 48 51 49 52 48 52 48 52

47. GRÁFICOS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DEGRÁFICOS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DEGRÁFICOS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DEGRÁFICOS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DE
CALEFACCIÓNCALEFACCIÓNCALEFACCIÓNCALEFACCIÓN
(11/05/2009)

48. (12/05/2009)

49. (14/05/2009)

51. (11/05/2009)

52. EFICIENCIA INSTANTÁNEA DE LOS COLECTORES.EFICIENCIA INSTANTÁNEA DE LOS COLECTORES.EFICIENCIA INSTANTÁNEA DE LOS COLECTORES.EFICIENCIA INSTANTÁNEA DE LOS COLECTORES.
Es la razón del calor útil a la radiación instantánea incidente
en el área neta del colector.
Su evaluación se realiza en un día de funcionamiento del
colector, donde se toman las mediciones correspondientes
obteniéndose la curva de eficiencia de colector.
La eficiencia instantánea se obtiene con la siguiente
ecuación:ecuación:
= 29,4108 %
( )
( ) ( )
⇒
−
=
−
−==
H
TTCm
H
TTU
H
q esPapLu &
ταη
( ) ( )
c
esPapL
AR
TTCm
H
TTU
.
−
=
−
=
&
η
( )
c
esP
c
útil
AI
TTCm
AI
Q
..
−
==⇒
&
η
%100
8613,3/809
)º1856)(º/6,1011)(/0239,0(
22
×
×
−
=
mmKW
CCkgkWhskg
η

53. Tabla de Cálculo de datos experimentalesTabla de Cálculo de datos experimentalesTabla de Cálculo de datos experimentalesTabla de Cálculo de datos experimentales
(Día, 13 de Mayo del 2009)(Día, 13 de Mayo del 2009)(Día, 13 de Mayo del 2009)(Día, 13 de Mayo del 2009)
Hora I (W/m2) Ac (m2) (Kg/s) Cp(KWh/Kg. °C Te ( °C) Ts( °C) Q util (Kw.h/s Eficiencia
06:00 50 3.8613 0.0239 1011.6 11.00 11.00 0.0000000 0
07:00 241 3.8613 0.0239 1011.6 11 11 0.0000000 0
08:00 430 3.8613 0.0239 1011.6 13 28 362.6586000 21.8421799
09:00 576 3.8613 0.0239 1011.6 17 45 676.9627200 30.4374822
m
•
10:00 705 3.8613 0.0239 1011.6 18 52 822.0261600 30.1969428
11:00 787 3.8613 0.0239 1011.6 20 56 870.3806400 28.641842
12:00 809 3.8613 0.0239 1011.6 18 56 918.7351200 29.4108957
13:00 786 3.8613 0.0239 1011.6 19 55 870.3806400 28.678282
14:00 682 3.8613 0.0239 1011.6 16 53 894.5578800 33.9696073
15:00 580 3.8613 0.0239 1011.6 20 51 749.4944400 33.4662366
16:00 421 3.8613 0.0239 1011.6 20 38 435.1903200 26.7709379
17:00 176 3.8613 0.0239 1011.6 19 19 0.0000000 0

54. Grafica de Eficiencia Instantania
20
25
30
35
40
Eficiencia(%)
Curva de Eficiencia
0
5
10
15
00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12
Tiempo en Horas (h)
Eficiencia(%)

55. EFICIENCIA GLOBAL DE LOS COLECTORESEFICIENCIA GLOBAL DE LOS COLECTORESEFICIENCIA GLOBAL DE LOS COLECTORESEFICIENCIA GLOBAL DE LOS COLECTORES
Es la energía útil generado por los colectores
respecto a la total suministrada por el sol. Se calcula
utilizando la siguiente expresión.
( )
c
esP
c
Total
G
AH
TTCm
AH
Q
..
−
==η
(de Santana y Palacios, 1985, pp 70 )
= 48,822%%100
)8613,3)(/.5130(
)º2161)(º/.281,0)(40,860(
22
×
−
=
mmhW
CCkghWkg
Gη

56. BALANCE DE ENERGÍA EN LOS COLECTORESBALANCE DE ENERGÍA EN LOS COLECTORESBALANCE DE ENERGÍA EN LOS COLECTORESBALANCE DE ENERGÍA EN LOS COLECTORES.
Para desarrollar este balance necesitamos hacer algunos
cálculos los cuales se presentan a continuación:
Ingreso de calorIngreso de calorIngreso de calorIngreso de calor.
Calor suministrado por el sol (promedio de los datos
medidos).
Qs = 5120W/m2 x 12h
Qs = 5120 Wh/m2 = [(61560J/s x3600s)/1000] k =Qs = 5120 Wh/m2 = [(61560J/s x3600s)/1000] k =
221184KJ/m2
Entonces el calor cedido por el colector tenemos:
Qc = 854057,78kJ
cs AQQc ×=
2
2
8613,3221184 m
m
kJ
Qc ×=

57. CALCULO DE PERDIDAS DE CALORCALCULO DE PERDIDAS DE CALORCALCULO DE PERDIDAS DE CALORCALCULO DE PERDIDAS DE CALOR
COEFICIENTE CONVECTIVO ENTRE LA PLACA ABSORVENTE Y ELCOEFICIENTE CONVECTIVO ENTRE LA PLACA ABSORVENTE Y ELCOEFICIENTE CONVECTIVO ENTRE LA PLACA ABSORVENTE Y ELCOEFICIENTE CONVECTIVO ENTRE LA PLACA ABSORVENTE Y EL
AIRE DEL DUCTOAIRE DEL DUCTOAIRE DEL DUCTOAIRE DEL DUCTO
DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DEL DUCTO (Dh)
Para determinar este valor utilizaremos la siguiente relación:






+
×
=
ab
ab
D h 


 + ab
h

58. DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS (RDETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS (RDETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS (RDETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS (Reeee))))
El número de Reynolds (Re) es una magnitud
adimensional que esta dado por la siguiente
relación:
a
ha
e
Dv
R
µ
ρ r
=
(Fuente, Geankoplis, 1998, pp 57)
Re = 3396,5331
aµ
( )( )( )
smkg
msmmkg
Re
./109268,1
0196,0./3./113,1
5
3
−
×
=

59. DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE NUSSELT (NDETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE NUSSELT (NDETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE NUSSELT (NDETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE NUSSELT (Nuuuu))))
Para este dato emplearemos la siguiente relación:
(Fuente, Earle, 1988, pp 55)
Por otro lado de Santana y Palacios, (1985). En caso
de L/Dh <60 multiplicar la ecuación por (1+Dh/L) 0.7
3/18.0
.023.0 reu PRN =
de L/Dh <60 multiplicar la ecuación por (1+Dh/L) 0.7
Nu = 13,7098
7.0
3/18.0
1Pr.023.0 





+=
L
D
RN h
eu
7.0
3/18.0
11,2
0196,0
1)6957,0.()533,3396(023.0 





+=
m
m
N u

60. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE CONVECTIVODETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE CONVECTIVODETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE CONVECTIVODETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE CONVECTIVO
ENTRE LA PLACAENTRE LA PLACAENTRE LA PLACAENTRE LA PLACA ABSORBEDORA Y EL AIRE EN ELABSORBEDORA Y EL AIRE EN ELABSORBEDORA Y EL AIRE EN ELABSORBEDORA Y EL AIRE EN EL
DUCTO.DUCTO.DUCTO.DUCTO.
h = (Nu x K)/Dh (de Santana y palacios, 1985 pp 140)
K: conductividad térmica del material de fondo
(espuma de Poliestireno) = 0,036 W/mK (de(espuma de Poliestireno) = 0,036 W/mK (de
Earle, 1988, pp 181).
= 25,1813w/m25,1813w/m25,1813w/m25,1813w/m2222 KKKK
m
mw
h
0196,0
/036,07098,13 ×
=

61. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DEDETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DEDETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DEDETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE
CALOR POR RADIACIÓN ENTRE LAS PLACAS (CALOR POR RADIACIÓN ENTRE LAS PLACAS (CALOR POR RADIACIÓN ENTRE LAS PLACAS (CALOR POR RADIACIÓN ENTRE LAS PLACAS (hhhhrrrr))))
(De Santana y Palacios, 1985 pp140)








−
−
=
rp
rp
r
TT
TT
h
44
σ
hr= 7,21687447w/m7,21687447w/m7,21687447w/m7,21687447w/m2222 KKKK






−
−
×= −
92,29575,336
92,29575,336
10676,5
44
8
rh

62. CALCULO DEL FACTOR DE EMISIVIDAD GLOBAL (E)CALCULO DEL FACTOR DE EMISIVIDAD GLOBAL (E)CALCULO DEL FACTOR DE EMISIVIDAD GLOBAL (E)CALCULO DEL FACTOR DE EMISIVIDAD GLOBAL (E)
Esta dado por la siguiente relación
(de Santana Y palacios, 1985 pp. 140)
1
1
11
−








−+=
rp
E
εε
2759,01
28,0
1
95,0
1
1
=





−+=
−
E

63. CALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DECALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DECALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DECALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE
CALOR POR CONVECCIÓN ENTRE LA PLACA ABSORBEDORA YCALOR POR CONVECCIÓN ENTRE LA PLACA ABSORBEDORA YCALOR POR CONVECCIÓN ENTRE LA PLACA ABSORBEDORA YCALOR POR CONVECCIÓN ENTRE LA PLACA ABSORBEDORA Y
EL FLUJO DE AIRE.EL FLUJO DE AIRE.EL FLUJO DE AIRE.EL FLUJO DE AIRE.
(de Santana y Palacios, 1985 pp.)
r
t
hE
sen
h
sen
h
h
.
1
2
1
1
2
+
+=
α
α
Donde: α es el ángulo corrugado de la placa absorbedora = 90º
ht = 37,49746872W/m2 K
217,7)279,0(
1
2
º90
183,25
1
1
2
º90
183,25
+
+=
sen
sen
ht

64. CALCULO DE LAS PÉRDIDAS POR LA CUBIERTACALCULO DE LAS PÉRDIDAS POR LA CUBIERTACALCULO DE LAS PÉRDIDAS POR LA CUBIERTACALCULO DE LAS PÉRDIDAS POR LA CUBIERTA
TRANSPARENTE (UTRANSPARENTE (UTRANSPARENTE (UTRANSPARENTE (Utttt).).).).
( ) ( )
( )( ) N
FN
N
TTTT
h
fN
TT
T
N
U
c
pp
apap
wap
p
t
−




 −+
+−+
++
+














+






−
−








=
−
−
ε
εε
σ
12
10425.0
..1
.
344 1
22
1
Ut= 7,0855w/m2 K
( ) ( )
( )( )[ ] 1
85,0
1789,0)1(2
95,01)1(0425,095,0
10676,5.29375,336.29375,336
1,17
1
489,01
29375,336
.
75,336
344
1
1
822
1
−




 −+
+−+
×++
+












+






−
−






=
−
−
−
tU

65. CALCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR POR LA PARTECALCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR POR LA PARTECALCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR POR LA PARTECALCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR POR LA PARTE
INFERIOR (INFERIOR (INFERIOR (INFERIOR (UUUUbbbb))))
e1: espesor de la placa de fondo( despreciable).
e2: espesor del aislante (espuma de políestireno)=0.0254m
k2: conductividad térmica de espuma de políestireno=0,036w/mK
1
3
3
2
2
1
1
−






++==
k
e
k
e
k
e
e
k
Ub
k2: conductividad térmica de espuma de políestireno=0,036w/mK
= 1,44 w/m2 K
Luego la perdida global en el colector, es:
UL = Ut + Ub = 7,0855W/m2K+1,44W/m2K=8,5255 W/m2K
1
/036,0
0254,0
−






=
KmW
m
Ub

66. tAUQp cs .=
PÉRDIDAS DE CALOR EN EL COLECTORPÉRDIDAS DE CALOR EN EL COLECTORPÉRDIDAS DE CALOR EN EL COLECTORPÉRDIDAS DE CALOR EN EL COLECTOR

67. ANÁLISIS DE LA VIVIENDA CON CALEFACCIONANÁLISIS DE LA VIVIENDA CON CALEFACCIONANÁLISIS DE LA VIVIENDA CON CALEFACCIONANÁLISIS DE LA VIVIENDA CON CALEFACCION
Para analizar previamente se han medido la
temperatura en el interior de la vivienda sin
instalar el colector y también la temperatura
instalando el colector y esta comparación
tenemos en las graficas, y se observa eltenemos en las graficas, y se observa el
aumento de temperatura como se planteo en
la hipótesis. Esto es:

68. 20
25
30
35
40
45
50
Temperaturaen(ºC)
Temperatura de la Vivienda en el
Interior de La vivienda sin el Equipo
Temperatura de la Vivienda en el
Interior de La vivienda con Equipo
0
5
10
15
20
Tiempo en Horas (h)
Temperaturaen(ºC)
Temperatura de la Vivienda en el
Interior de La vivienda sin el
Equipo
11 10 10 10 9 9 10 13 15 16 18 21 22 23 24 25 20 19 18 15 15 14 12 12
Temperatura de la Vivienda en el
Interior de La vivienda con Equipo
16 15 14 17 13 13 13 16 19 34 35 40 45 41 42 39 25 22 21 19 19 18 17 16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

69. Análisis con Acumuladores Térmicos (Piedras)Análisis con Acumuladores Térmicos (Piedras)Análisis con Acumuladores Térmicos (Piedras)Análisis con Acumuladores Térmicos (Piedras)
Variación de la temperatura en el acumulador:Variación de la temperatura en el acumulador:Variación de la temperatura en el acumulador:Variación de la temperatura en el acumulador:
Tiempo
(horas)
Entrada
(°C )
Medio
(°C )
Salida
(°C )
6 11 11 11
7 11 11 11
8 19 19 18
9 36 34 33
10 36 35 34
11 40 40 40
12 50 49 49
13 45 41 43
14 45 42 42
15 39 39 38
16 23 22 22
17 21 19 16
18 20 19 18

70. Grafica del comportamiento de temperatura en el Acumulador
30
40
50
60
Temperaturaen(ºC)
Temperatura en la entrada del Acumulador
Temperatura en medio del Acumulador
Temperatura en la Salida del Acumulador
0
10
20
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo en (h)
Temperaturaen(ºC)

71. Tabla de temperatura durante las 24 horas en el interior de laTabla de temperatura durante las 24 horas en el interior de laTabla de temperatura durante las 24 horas en el interior de laTabla de temperatura durante las 24 horas en el interior de la
vivienda con acumulador y sin acumulador.vivienda con acumulador y sin acumulador.vivienda con acumulador y sin acumulador.vivienda con acumulador y sin acumulador.
Tiempo
(horas)
Sin Acumulador
(ºC)
Con Acumulador
(ºC)
0 13 14
1 12 13
2 12 13
3 12 13
4 11 12
5 11 12
6 12 13
7 14 16
8 16 19
9 16 34
10 18 35
11 21 40
12 22 45
13 23 41
14 24 42
15 25 39
16 21 25
17 20 22
18 17 21
19 16 19
20 16 19
21 15 18
22 13 17

72. 25
30
35
40
45
50
Temperatuaen(ºC)
Temperatura sin el Acumulador
GRAFICA DE COMPARACION DE TEMPERATURA DEL INTERIOR DE LA VIVIENDA
CON ACUMULADOR Y SIN ACUMULADOR
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tiempo en (h)
Temperatuaen(ºC)
Temperatura con Acumulador

73. COSTOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOSCOSTOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOSCOSTOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOSCOSTOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOS
COLECTORESCOLECTORESCOLECTORESCOLECTORES
Componentes Materiales Dimensión Cantidad Costo (S/.)
Placa de la cubierta Vidrio
4mm de 0.91m x
2.11m
2 60,00
Capa de la placa
absorbente
Pintura negra
mate no
selectivas
2 frascos 2 24,00
Placa absorbente Plancha de acero
galvanizado
0.8mm de 2.4mx 1.2m
2 162,00
Conductos del fluido Tubo PVC (pulgadas) de
diámetro 7 71,00
Aislante Lana de vidrio (pulgadas) de 1.8m
15kilos 300,00
Caja Plancha de acero
galvanizado
0.9mm de 2.4 x1.2m
2 108,00
Juntas Silicona 3 30,00
Medio de
transferencia de calor
Aire
3 Ventiladores 12voltios 36,00
Mano de Obra (S/.) 1000,00
Total (S/.) 1791,00

74. CONCLUSIONES
1. El aprovechamiento de la energía solar, utilizando
colectores solares nos a permitido mejorar los
parámetros climáticos de la vivienda .
2. La vivienda sin calentamiento tiene una
temperatura promedio de 11°C y utilizando el
calentamiento de aire se obtuvo una temperatura
promedio de 27°C, entonces nuestro sistema espromedio de 27°C, entonces nuestro sistema es
eficiente.
3. La eficiencia global del colector es de 48,82%, lo
que significa que estamos dentro de los
estándares 40-70%.
4. El sistema experimental diseñado y construido
demuestra su eficiencia y aplicación en viviendas
de nuestro medio .

75. GRACIAS
EL CUSCO LOS ESPERAEL CUSCO LOS ESPERA