318466820-Perfil-de-Proyecto-de-Grado-de-Ingenieria-Mecanica

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FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PERFIL DE TESIS 
 
TÍTULO: 
 
ESTUDIO TEÓRICO DE LA EFICIENCIA TÉRMICA DE UN SISTEMA 
DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE PARA UN SALÓN DE 
EVENTOS SOCIALES UTILIZANDO CAPTADORES SOLARES 
TÉRMICOS 
 
 
 
Autor: 
 
 
Asesor: 
 
Oruro, 18/12/2012 
 
 
 
1 
Contenido 
 
1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................2 
2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................3 
2.1. Aire Acondicionado En Edificios: ...........................................................3 
2.2. Sistemas De Enfriamiento Térmico: ......................................................3 
2.3. Enfriadoras por Absorción: ....................................................................4 
2.4. Captadores Solares Térmicos: ..............................................................4 
2.5. Esquema General Del Sistema De Acondicionamiento De Aire Solar: ..6 
2.6. Estudios Relacionados en la Carrera de Ingeniería Mecánica: .............6 
3. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA ....................................................................7 
4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA..............................................................8 
5. OBJETO DE ESTUDIO ...............................................................................8 
6. OBJETIVOS ................................................................................................8 
6.1. Objetivo general ....................................................................................8 
6.2. Objetivos Específicos ............................................................................8 
7. CAMPO DE ACCIÓN...................................................................................9 
8. JUSTIFICACIÓN .........................................................................................9 
9. VIABILIDAD ...............................................................................................10 
10. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN .............................................................11 
11. ACTIVIDADES A REALIZAR ..................................................................12 
12. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ......................................................13 
13. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................14 
 
 
2 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
En los últimos años es evidente que el país y también el resto del mundo 
atraviesa cambios políticos, económicos y ambientales, muchos de estos son 
ocasionados por la disputa continua por el control de los recursos energéticos, 
ante dicha situación urgente en muchas partes del mundo se consideran 
alternativas energéticas para remplazar las tradicionales que generalmente 
vienen de los combustibles fósiles, siendo que la utilización de estos últimos 
desemboca en cambios climáticos perjudiciales para los seres vivos de este 
planeta, mencionando también que dichos recursos se están agotando 
causando tensión política y social. Por todo lo anterior se buscan soluciones 
tanto a largo como a corto plazo estando entre ellas las energías de las 
corrientes marítimas, energía eólica, energía solar, entre otras. 
Actualmente el país se encuentra en una evidente deficiencia de energía tanto 
eléctrica como escases de combustibles, en respuesta a ello se pretende 
elaborar una propuesta de estudio en base a energía alternativa, para mitigar 
en cierta proporción la necesidad de energías convencionales en nuestro país, 
con el cual no se pretende resolver un problema general, si no sencillamente 
dar un paso para encarar este nuevo desafío técnico. 
El tema de estudio del presente trabajo es una aplicación de la energía solar, 
que es una fuente libre, limpia y gratuita de energía, prácticamente inagotable, 
cuyo estudio esta en pleno desarrollo. 
Específicamente en el presente trabajo se estudia una aplicación de la energía 
solar térmica para el acondicionamiento de aire, esta tecnología esta 
escasamente desarrollada y tomada en cuenta en esta región del mundo, pero 
en otras latitudes como en Europa es la premisa de optar por estos sistemas 
para la reducir el consumo de energías de fuentes fósiles, siendo estas 
técnicas innovadoras normadas ya por leyes en los distintos países y en 
algunos casos fomentadas a ser usadas, lejos estamos en nuestro país de 
tener una política de energías alternativas, pero no por ello debemos dejar de 
 
 
3 
lado y olvidar esta importante tecnología que es el acondicionamiento de aire 
solar. 
 
2. MARCO TEÓRICO 
2.1. Aire Acondicionado En Edificios: 
El objetivo principal de todo técnico de edificios (arquitectos, ingenieros) es 
asegurar que el ambiente sea lo más agradable y saludable para la gente que 
habita el edificio. No obstante, el reto es conseguir un confort óptimo en 
interiores con un consumo de energía y un impacto ambiental mínimos. Desde 
el punto de vista de la ingeniería, la calidad del ambiente interior se define en 
cuatro grupos de requisitos: confort térmico, calidad del aire interior, confort 
lumínico y protección contra el ruido. Por lo que respecta al consumo de 
energía, lo más importante es satisfacer los requisitos de confort térmico. 
 
2.2. Sistemas De Enfriamiento Térmico: 
El COP en las máquinas de enfriamiento térmico oscila entre 0.5 y 0.8 en 
enfriadoras de simple efecto (absorción o adsorción) y puede alcanzar 1.4 en 
enfriadoras de doble efecto. El principio térmico de funcionamiento es el 
siguiente: la máquina térmica recibe calor de una fuente caliente y extrae calor 
de una fuente fría rechazando calor a una fuente de temperatura media, como 
se muestra en la figura: 
 
 
Figura. 2.2.1. Esquema básico de refrigeración accionado térmicamente. 
 
 
4 
2.3. Enfriadoras por Absorción: 
La tecnología dominante en enfriadoras térmicas se basa en la absorción. El 
proceso básico físico consiste en dos componentes químicos como mínimo, 
uno de ellos sirviendo como refrigerante y el otro como absorbente. Los 
componentes principales de una enfriadora de absorción se muestran en la 
imagen: 
 
Figura. 2.3.1. Esquema de una enfriadora de absorción, en el esquema se 
muestra la comparación con un sistema refrigeración por compresión 
mecánica, donde este último se remplaza por un sistema de “compresión 
mecánica”. 
2.4. Captadores Solares Térmicos: 
El uso de captadores solares eficientes en construcciones planas está limitado 
a los sistemas de refrigeración desecante, puesto que esta tecnología necesita 
las temperaturas generadoras más bajas (empezando por unos 50°C) y 
permite, en condiciones especiales de funcionamiento, prescindir de 
almacenaje térmico. Para que las enfriadoras de absorción funcionen con el 
calor solar, deben usarse captadores planos de muy alta calidad (capa 
selectiva, aislamiento mejorado, alta seguridad de estancamiento). 
 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2.4.1. Colector solar de plano, fuente: Escosol. 
 
 
 Figura 2.4.2. Colector solar de tubos de vacío, fuente: Escosol 
 
 
6 
2.5. Esquema General Del Sistema De Acondicionamiento 
De Aire Solar: 
 
Figura. 2.5.1. Esquema de un sistema de agua enfriada para 
acondicionamiento de aire. Fuente: Fraunhofer ISE. 
Es viable la modificación de este sistema como por ejemplo quitar el calentador 
auxiliar que usa un quemador de gas, y aumentar un depósito de agua fría 
siempre y cuando sea necesario. 
2.6. Estudios Relacionados en la Carrera de Ingeniería 
Mecánica: 
“Estudió teórico de un sistema de refrigeración solar por eyecto – 
compresión en contenedores”, José Ernesto López Colque, 2003, Proyecto 
de Grado. 
En este documento técnico se realizó un estudio teórico de un sistema de 
refrigeración solar utilizando un ciclo de eyecto compresión, para contenedoresde carne de pollo, donde se analiza el COP de este sistema para varios 
refrigerantes, la relación con el trabajo que se pretende desarrollar esta en la 
utilización de captadores solares térmicos y en la obtención de cargas térmicas 
de enfriamiento. 
“Calefacción solar para escuela rural”, Mateo Félix Escobar Peña, trabajo 
dirigido. 
Este trabajo elaboró el diseño de un sistema de calefacción para una escuela 
rural utilizando captadores solares de placa plana para la obtención de cargas 
 
 
7 
de calentamiento, dicha característica es la similitud con el trabajo que se 
pretende desarrollar. 
“Sistema de refrigeración asistido con energía solar fotovoltaica”, Julio 
Cesar Lobo Ayala, 1999, Proyecto de grado. 
El proyecto nombrado calculó un sistema de refrigeración para la conservación 
de leche, siendo el sistema de refrigeración por compresión, donde la energía 
eléctrica del compresor es suministrada mediante energía solar fotovoltaica, los 
temas coincidentes con el estudio que se pretende desarrollar son la obtención 
de cargas térmicas de enfriamiento y la utilización de energía solar. 
“Diseño de un sistema de calefacción solar para un a vivienda tipo”, 
Cesar Diony Santos Mamani, 2011, Proyecto de Grado. 
El trabajo mencionado realiza el diseño de un sistema de calefacción solar para 
una vivienda en la localidad de Machacamarca, no solo se enfoca al cálculo de 
los sistemas sino también a la construcción del captador solar y del 
acumulador, concluyendo el proyecto con planos técnicos para su construcción. 
La similitud de este proyecto con el que se realizará esta en la utilización de 
captadores solares térmicos para la calefacción de ambientes. 
3. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA 
Es poco y mínimo en nuestro país el conocimiento de la energía solar térmica 
aplicable a sistemas de generación de frío, poniendo como una de las 
prioridades incurrir en estas nuevas tecnologías para estudiar la eficiencia 
térmica y la sustentabilidad energética y ambiental que pueden brindar estos 
sistemas de energía alternativa en nuestra zona. 
Actualmente en el país la mayor parte de los sistemas de acondicionamiento de 
aire son eléctricos o queman combustibles fósiles como fuente de energía, o 
peor aún ambientes para eventos sociales no cuentan con un sistema de 
acondicionamiento de aire. Siendo muy importante el confort térmico en 
ambientes donde se encuentran personas para cuidar la salud de estas. 
Nuestro país se encuentra en una situación en la cual no se puede dar el lujo 
de derrochar energía eléctrica. Además en muchos países se piensa a futuro, 
 
 
8 
por lo cual Bolivia debe empezar a realizar o por lo menos idear proyectos 
sobre recursos energéticos a futuro que no dependan del uso exclusivo de los 
hidrocarburos, siendo estos una fuente no renovable y su aprovechamiento es 
dañino para el medio ambiente. 
 
4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 
Realizar un estudio teórico del rendimiento térmico de un sistema de 
acondicionamiento de aire solar para la aclimatación de un salón de eventos 
sociales y caracterizar los parámetros termodinámicos de funcionamiento de 
dicho sistema. 
5. OBJETO DE ESTUDIO 
Sistema de Acondicionamiento de aire sustentado por energía solar térmica. 
6. OBJETIVOS 
6.1. Objetivo general 
Estudiar en forma teórica la eficiencia térmica de un sistema de aire 
acondicionado para un salón de eventos sociales mediante energía solar 
térmica, caracterizar los parámetros de funcionamiento de esta máquina 
térmica y estudiar el funcionamiento nocturno 
 
6.2. Objetivos Específicos 
 Estudiar teóricamente la eficiencia térmica de un sistema de aire 
acondicionado solar utilizando captadores solares térmicos para un salón 
de eventos sociales en la ciudad de Oruro, que cuenta con una capacidad 
máxima de albergar 60 personas. 
 Caracterizar los parámetros de funcionamiento termodinámico de los 
subsistemas que componen el sistema de acondicionamiento de aire solar 
para un salón de eventos sociales en la ciudad de Oruro. 
 
 
9 
 Estudiar teóricamente la capacidad funcional del sistema de aire 
acondicionado solar para el salón de eventos sociales en operación 
nocturna en la ciudad de Oruro. 
 
7. CAMPO DE ACCIÓN 
El proyecto se enfocará en la aclimatación solar de un ambiente para eventos 
sociales infantiles de tamaño mediano con capacidad máxima de 60 personas, 
todas las características necesarias de este salón estarán presentadas en el 
informe técnico del proyecto. 
El estudio se ejecutará de forma teórica mediante revisiones bibliográficas y 
selección de equipos por catálogos. 
El trabajo estará dirigido hacia el área termo-técnica del sistema de 
acondicionamiento de aire solar. 
Los datos meteorológicos a ser usados serán proporcionados por el laboratorio 
de máquinas térmicas con el que cuenta la carrera de ingeniería mecánica-
electromecánica. 
 
8. JUSTIFICACIÓN 
En nuestro país es ya bastante difícil conseguir bibliografía y material técnico 
referido a la aplicación de energía solar térmica en el ámbito del 
acondicionamiento de aire. Actualmente en la carrera de ingeniería mecánica-
electromecánica existen estudios o proyectos de grado referidas a la utilización 
de la energía solar térmica para carga de calentamiento como ser calefacción 
de ambientes y calentamiento de agua sanitaria, sin embargo no existen 
estudios realizados sobre la utilización de la energía solar térmica para obtener 
cargas térmicas de enfriamiento. 
Siendo una realidad que actualmente en nuestra carrera no existen estudios 
dirigidos al área de refrigeración solar, el presente tema de estudio pretende 
 
 
10 
empezar a disminuir dicha deficiencia tecnológica en nuestro ente de formación 
profesional. 
Actualmente en nuestro país y nuestro departamento la mayoría de salones 
donde se realizan eventos sociales no cuentan con un sistema de 
acondicionamiento de aire, esta situación puede provocar desde fatiga hasta 
enfermedades en los ocupantes de dichos ambientes, por lo cual se propone 
no una solución instantánea a este problema, sino solamente una opción 
alternativa al uso de energías convencionales en sistemas de aire 
acondicionado para ambientes donde se encuentran grupos de personas. 
 
9. VIABILIDAD 
 
Para la elaboración del proyecto dado que existe poca bibliografía en la carrera 
de ingeniería mecánica-electromecánica, se recurrirá a la compra de libros a 
pedido de librerías extranjeras, a la búsqueda de libros virtuales y documentos 
técnicos en internet. 
Se tomará en cuenta catálogos técnicos de los fabricantes de los equipos 
necesarios en el sistema de acondicionamiento solar, dichos catálogos serán 
descargados de internet. 
Los datos meteorológicos necesarios serán se obtendrán del laboratorio de 
máquinas térmicas. 
Los cálculos del proyecto serán asistidos mediante software matemáticos: EES 
y MATHCAD 
Para la elaboración de los planos se utilizará el software vigente en la carrera, 
que es el INVENTOR. 
El periodo de tiempo estimado para la elaboración del proyecto de grado toma 
en cuenta las siguientes consideraciones: el periodo de tiempo en el que 
demora la entrega de los libros a pedido, la duración de la selección de 
información, la recopilación de información complementaria, el desarrollo del 
 
 
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fundamento teórico adecuado, realizar la ingeniería del proyecto, criterios de 
utilización de los catálogos técnicos en la selección de equipos, la elaboración 
de los planos técnicos y hacer el estudio económico. Todo este desarrollo se 
deberá realizar en un periodo no mayor a 5 meses y no menor a 4 meses 
aproximadamente. 
 
10. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN 
 El método general que se empleará en la investigación será el método 
inductivo, obteniendo conclusiones generales a partir de premisas 
particulares. 
 El presente proyecto se enfocará en una investigación teórica. 
 Se emplearanmedios bibliográficos tanto de tapa dura como virtuales, 
software matemáticos y de elaboración de planos y catálogos técnicos 
de los equipos necesarios. 
 Se utilizarán datos reales meteorológicos obtenidos del laboratorio de 
máquinas térmicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
11. ACTIVIDADES A REALIZAR 
TABLA DE ACTIVIDADES 
Objetivo: Estudiar teóricamente la eficiencia térmica de un sistema de aire acondicionado 
solar utilizando captadores solares térmicos para un salón de eventos sociales en la ciudad 
de Oruro, que cuenta con una capacidad máxima de albergar 60 personas. 
ACTIVIDAD 
MEDIOS-
INSTRUMENTOS RESULTADOS ESPERADOS 
1 
Revisión y recopilación de 
información de sistemas solares 
térmicos. 
Artículos virtuales 
y textos técnicos Ampliar el conocimiento 
personal del tema. 
2 Toma de datos reales atmosféricos 
Laboratorio de 
Máquinas 
Térmicas 
Obtener datos atmosféricos 
para trabajar con estos. 
3 
Cálculo de las necesidades de 
carga térmica para el salón de 
enventos. 
MATHCAD, EES Cuantificar la carga térmica 
necesaria para el salón. 
4 
Cálculo termodinámico de los 
subsistemas del sistema de 
acondicionamiento de aire solar. 
MATHCAD, EES 
Obtener datos referenciales 
del funcionamiento de los 
componentes. 
5 
Cálculo de la eficiencia térmica del 
sistema de acondicionamiento 
solar. 
MATHCAD, EES Tener referencia del 
rendimiento de esta máquina 
Objetivo: Caracterizar los parámetros de funcionamiento termodinámico de los subsistemas 
que componen el sistema de acondicionamiento de aire solar para un salón de eventos 
sociales en la ciudad de Oruro. 
ACTIVIDAD 
MEDIOS-
INSTRUMENTOS OBS 
1 
Análisis de los parámetros 
termodinámicos de funcionamiento 
del sistema. 
Textos Técnicos 
Conocer el funcionamiento de 
esta máquina en distintas 
condiciones de operación 
2 
Comprobar los parámetros de 
operación de los componentes del 
sistema. 
Catálogos 
Técnicos 
Verificar si las dimensiones 
obtenidas son posibles de 
realizar. 
Objetivo: Estudiar teóricamente la capacidad funcional del sistema de aire acondicionado 
solar para el salón de eventos sociales en operación nocturna en la ciudad de Oruro. 
ACTIVIDAD 
MEDIOS-
INSTRUMENTOS OBS 
1 
Cálculo de la máxima capacidad de 
almacenamiento de energía térmica 
del sistema. 
MATHCAD, EES Estimar la máxima capacidad 
de energía térmica disponible. 
2 
Determinación de la funcionalidad 
del sistema durante la noche. 
MATHCAD, EES 
Estimación del máximo tiempo 
de operación nocturna. 
 
 
 
13 
12. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
13. BIBLIOGRAFÍA 
 
1. “ENERGIA SOLAR TÉRMICA, Técnicas para su aprovechamiento”, Pedro 
Rufes Martínez, 2009, ed. Marcombo, Texto Técnico. 
2. “TECNOLOGÍA SOLAR”, M. Ibañez Plana; J.R. Rosell Polo; J. I. Rosell 
Urrutia, 2004, ed. Mundi-prensa, Texto Técnico. 
3. “MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO”, Carrier Air Conditionig 
Company, 1990, Marcombo, Texto Técnico. 
4. “REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE”, W. F. Stoecker, 
ed. McGraw-Hill, Texto Técnico. 
5. “ACONDICIONAMIENTO DE AIRE, Principios y Sistemas”, Edward G. Pita, 
ed. Cecsa, Texto Técnico. 
6. “TERMODINÁMICA”, Yunus A. Cengel; Michael A. Boles, 2002, ed. 
McGraw-Hill, Libro de fundamentos. 
7. “GUIA DE DISEÑO”, SOLAIR, Octubre 2008, Artículo virtual Técnico. 
8. “INTRODUCTION TO SOLAR COOLING SYSTEMS”, J. Paul Guyer, P.E., 
R.A., Fellow ASCE, Fellow AEI, 2010, Artículo Virtual Técnico. 
9. “SOLAR SORPTION COOLING SYSTEMS FOR RESIDENTIAL 
APPLICATIONS”, R.Z. Wang, T.S. Ge, C.J. Chen, Q. Ma, Z.Q. Xiong, 2009, 
página web: 
www.elsevier.com/locate/ijrefrig. 
10. “SOLAR AIR-CONDITIONING SYSTEMS”, Nathan Rona, 2004, Texto 
Virtual ebook. 
11. “SOLAR AIR-CONDITIONING AND REFRIGERATION -
INTRODUCTION” Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, Artículo Virtual. 
12. “ENERGIA SOLAR TERMICA”, Salvador Escoda S.A. 2010, catálogo 
Técnico, disponible en: www.salvadorescoda.com. 
13. “Estudió teórico de un sistema de refrigeración solar por eyecto – 
compresión en contenedores”, José Ernesto López Colque, 2003, 
Proyecto de Grado. 
14. “Calefacción solar para escuela rural”, Mateo Félix Escobar Peña, 
trabajo dirigido. 
http://www.elsevier.com/locate/ijrefrig
http://www.salvadorescoda.com/
 
 
15 
15. “Sistema de refrigeración asistido con energía solar fotovoltaica”, 
Julio Cesar Lobo Ayala, 1999, Proyecto de grado. 
16. “Diseño de un sistema de calefacción solar para un a vivienda 
tipo”, Cesar Diony Santos Mamani, 2011, Proyecto de Grado.