4L 0388 IM

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Universidad Católica de Santa María 
Facultad de Ciencias e Ingenierías Físicas y Formales 
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica 
y Mecatrónica 
 
 
 
“PROYECTO DE FACTIBILIDAD DE BOMBEO POR ENERGÍA 
FOTOVOLTAICA DE AGUA POTABLE PARA LOS ANEXOS DE LA MOLINA, 
LA CUENCA, ALTO CERRO VERDE DEL DISTRITO DE UCHUMAYO-
AREQUIPA” 
 
Tesis presentada por el Bachiller: 
Quispe Mamani, José Luis 
para optar el Título Profesional de: 
Ingeniero Mecánico Electricista 
 
Asesor: Dr.: Valencia Salas Mario José 
 
 
Arequipa – Perú 
2021 
ii 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
Dedico este trabajo a mis padres y a 
mi hermana por su apoyo de siempre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
RESUMEN 
Hoy en día la vida sin recurso hídrico nos sería prácticamente imposible, y más si se trata 
de agua potable para habitantes, la presente tesis elabora el estudio de factibilidad por la 
ciencia de ingeniería hidráulica de un Sistema de Bombeo de Agua Potable por Energía 
Solar Fotovoltaico para los Anexos de La Molina, la Cuenca, Alto Cerro Verde del Distrito 
de Uchumayo-Arequipa. Esto concede el uso de agua potable al consumo humano, así 
como llevar a cabo actividades económicas, sociales y ambientales; también proporciona 
ahorro en costos de consumo de energía eléctrica y mejora la imagen de la administración 
del distrito. 
El proyecto expone el diseño y selección de los componentes necesarios para su ejecución, 
asimismo identifica los recursos y materiales a utilizar con el fin de acertar el costo total 
del proyecto y la cantidad de tiempo en el que se estima se recupere por el impacto en el 
ahorro energético y económico. 
El proyecto propone satisfacer la demanda de agua diaria a los anexos poblacionales 
mediante el uso de energía solar, con la finalidad de lograr un ahorro económico con 
respecto al gasto mensual por KWh utilizados, además minimizar las enfermedades 
denominadas hídricas y diversificar la matriz energética de distrito. 
En la evaluación económica del proyecto el tiempo de recuperación es de 7 años y 8 meses 
con VAN S/ 201556.24 y TIR 20.12% lo cual nos muestra la rentabilidad y factibilidad del 
mismo a mediano plazo. La aplicación de la energía solar desempeñará un papel clave en 
el modelo energético del futuro, las células fotovoltaicas cuentan con un amplio margen 
para las mejoras técnicas, la sociedad ya no dependerá de unas fuentes energéticas finitas y 
se podría reducir la emisión de gases de efecto invernadero, y por lo tanto mitigar el 
cambio climático. 
 
Palabras Claves: Sistema de bombeo, energía solar fotovoltaica, diseño, selección de 
componentes, medio ambiente. 
 
 
 
iv 
 
ABSTRACT 
 
Today life without water resources would be practically impossible for us, and more so if 
it is about drinking water for inhabitants, this thesis elaborates the feasibility study by the 
science of hydraulic engineering of a Drinking Water Pumping System by Photovoltaic 
Solar Energy for the Annexes of La Molina, La Cuenca, Alto Cerro Verde of the District 
of Uchumayo-Arequipa. This grants the use of potable water to human consumption, as 
well as to carry out economic, social and environmental activities; it also provides savings 
in electricity consumption costs and improves the image of the district administration. 
The project exposes the design and selection of the components necessary for its 
execution, also identifies the resources and materials to be used in order to determine the 
total cost of the project and the amount of time in which it is estimated to be recovered due 
to the impact on the energy and economic saving. 
The project proposes to satisfy the daily water demand of the population annexes through 
the use of solar energy, in order to achieve economic savings with respect to the monthly 
expenditure per KWh used, in addition to minimizing the so-called water diseases and 
diversifying the district’s energy matrix. 
In the economic evaluation of the project, the recovery time is 7 years and 8 months with 
NPV S / 201556.24 and IRR 20.12%, which shows us the profitability and feasibility of 
the project in the medium term. The application of solar energy will play a key role in the 
energy model of the future, photovoltaic cells have ample scope for technical 
improvements, society will no longer depend on finite energy sources and greenhouse gas 
emissions could be reduced. greenhouse, and therefore mitigate climate change. 
 
Keywords: Pumping system, photovoltaic solar energy, design, selection of components, 
environment. 
 
 
v 
 
ÍNDICE 
 
RESUMEN ......................................................................................................................... iii 
ABSTRACT ........................................................................................................................ iv 
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1 
1. CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................... 2 
1.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 2 
1.2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 2 
1.2.1. Objetivo General............................................................................................ 3 
1.2.2. Objetivos Específicos .................................................................................... 3 
1.4. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA ................................................................................ 4 
1.5. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA ......................................................................... 4 
1.6. LIMITACIONES ................................................................................................... 5 
1.7. NORMAS REFERENCIALES ............................................................................. 5 
2. CAPITULO II MARCO TEÓRICO ..................................................................... 8 
2.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 8 
2.2. BOMBAS HIDRÁULICAS .................................................................................. 9 
2.2.1. Los componentes y Partes de una Bomba Centrífuga ................................. 11 
2.2.2. Funcionamiento de una Bomba Centrífuga ................................................. 12 
2.2.3. Curvas Características de una Bomba Centrífuga ....................................... 12 
2.2.4. Ecuaciones de una Bomba Hidráulica ......................................................... 15 
2.2.5. Sistema de Bombeo Hidráulico ................................................................... 18 
2.2.6. Bombas en Paralelo ..................................................................................... 20 
2.2.7. Cavitación .................................................................................................... 21 
2.2.8. Caudal .......................................................................................................... 23 
2.3. DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO ECONÓMICO TUBERIA .................. 24 
2.4. TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEO ................................................................ 30 
2.4.1. Sistema de Bombeo de Tanque a Tanque .................................................... 30 
2.4.2. Sistemas Hidroneumáticos .......................................................................... 31 
2.4.3. Sistemas Combinados con Tanque Compensador ....................................... 31 
2.5. ENERGÍA SOLAR .............................................................................................. 32 
2.5.1. Concepto de Energía Solar ..........................................................................33 
2.5.2. Concepto de Energía Fotovoltaica ............................................................... 35 
vi 
 
2.5.3. Composición Básica de un Sistema Fotovoltaico........................................ 36 
2.5.4. Paneles Fotovoltaicos .................................................................................. 38 
2.5.5. Aplicaciones de la Energía Solar ................................................................. 42 
2.6. PANELES FOTOVOLTAICOS .......................................................................... 46 
2.6.1. Características de las Células Fotovoltaicas ................................................ 47 
2.6.2. Célula Solar: ................................................................................................ 47 
2.6.3. Modelado del Panel Solar: ........................................................................... 49 
2.6.4. Interconexión de Paneles ............................................................................. 49 
2.6.5. Vida Útil de los Paneles Solares Fotovoltaicos ........................................... 52 
2.7. BATERÍAS O ACUMULADORES .................................................................... 52 
2.7.1. Clases de Baterías Solares ........................................................................... 54 
2.7.2. Vida Útil de una Batería de Energía Solar .................................................. 54 
2.8. INVERSOR ......................................................................................................... 57 
2.9. REGULADOR DE CARGA ................................................................................ 58 
2.10. SISTEMAS DE BOMBEO SOLAR FOTOVOLTAICOS .................................. 59 
2.10.1. Ventajas ....................................................................................................... 63 
2.10.2. Desventajas .................................................................................................. 63 
3. CAPÍTULO III DISEÑO DEL PROYECTO ..................................................... 65 
3.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 65 
3.2. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO .................................. 65 
3.2.1. Parámetros de Diseño del Sistema de Bombeo de Agua ............................. 65 
3.2.2. Selección del Material de las Tuberías y Accesorios .................................. 77 
3.2.3. Selección de Manómetros ............................................................................ 78 
3.2.4. Selección de Medidores de Caudal .............................................................. 80 
3.2.5. Selección de Válvulas .................................................................................. 84 
3.2.6. Sistema Eléctrico ......................................................................................... 89 
3.3. DISEÑO DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ........................................ 91 
3.4. ALTERNATIVA ÓPTIMA DISEÑO ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA . 95 
3.5. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA ................................................ 96 
4. CAPÍTULO IV ANÁLISIS ECONÓMICO ........................................................ 98 
4.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 98 
4.2. COSTOS UNITARIOS ....................................................................................... 98 
vii 
 
4.3. COSTO DE SISTEMAS Y COMPONENTES DE ENERGÍA SOLAR 
FOTOVOLTAICA ............................................................................................................ 101 
4.3.1. VAN, TIR y Tiempo de Recuperación ...................................................... 102 
5. CAPÍTULO V IMPACTO MEDIO AMBIENTAL DEL PROYECTO ........ 106 
5.1. ANÁLISIS IMPACTO AMBIENTAL .............................................................. 106 
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 107 
RECOMENDACIONES ................................................................................................. 108 
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 109 
ANEXO 1 .......................................................................................................................... 111 
ANEXO 2 .......................................................................................................................... 114 
ANEXO 3 .......................................................................................................................... 117 
ANEXO 4 .......................................................................................................................... 122 
ANEXO 5 .......................................................................................................................... 136 
ANEXO 6 .......................................................................................................................... 139 
ANEXO 7 .......................................................................................................................... 165 
PLANOS ........................................................................................................................... 171 
 
 
 
 
 
 
 
viii 
 
INDICE DE TABLAS 
Tabla 1: Coeficiente adimensional de perdida de carga de accesorios más comunes. ....... 17 
Tabla 2: Flujos Volumétricos Comunes. ............................................................................ 24 
Tabla 3: Comparaciones Técnicas en Baterías de Plomo-Acido y Baterías de Litio. ........ 56 
Tabla 4: Factores de pérdida de accesorios y válvulas ....................................................... 70 
Tabla 5: Puntos (HB, Q) de la curva del sistema ............................................................... 71 
Tabla 6: Dimensiones y peso unitario según Número Schedule. ....................................... 76 
Tabla 7: Energía Solar Promedio en el Perú ...................................................................... 92 
Tabla 8: Ficha Técnica del Panel Solar Canadian 280 WP. ............................................... 94 
Tabla 9: Flujo de Costo y Beneficio de Proyecto. ............................................................ 103 
 
 
 
ix 
 
ÍNDICE DE CUADROS 
Cuadro 1: Tipos de Medidores de Caudal para Fluidos Newtonianos y no Newtonianos 83 
Cuadro 2: Componentes Partes Sistema de Bombeo de Agua por Energía Solar ............. 88 
Cuadro 3: Cuadro de Componentes Tablero Control ........................................................ 90 
Cuadro 4: Presupuesto General para Uso de Energía Solar Fotovoltaica. ....................... 101 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1: Clasificación General de las Bombas Hidráulicas. ............................................... 9 
Figura 2: Comparación entre curvas de las bombas centrífuga .......................................... 10 
Figura 3: Componentes y Partes de una Bomba Centrífuga. ............................................. 11 
Figura 4: Funcionamiento de una Bomba Centrífuga. ....................................................... 12 
Figura 5: Curvas Características de una bomba centrifuga ................................................ 13 
Figura 6: Curvas H-Q - Potencia en el eje de una bomba centrífuga. ................................ 14 
Figura 7: Curvas H-Q-Rendimiento para una bomba ........................................................ 14 
Figura 8: Diagrama de Moody. .......................................................................................... 18 
Figura 9: Combinación de bomba y sistema ...................................................................... 19 
Figura 10: Bombas en Paralelo. .........................................................................................20 
Figura 11: Variación del NPSHr con el Caudal. ................................................................ 22 
Figura 12: Perfil de Velocidad de Flujo Desarrollado ....................................................... 23 
Figura 13: Diámetro Económico. ....................................................................................... 25 
Figura 14: Sistema de Bombeo Tanque a Tanque.............................................................. 30 
Figura 15: Sistema Hidroneumático. ................................................................................. 31 
Figura 16: Sistema Combinado con tanque compensador. ................................................ 32 
Figura 17:Sistema de Bombeo Básico Fotovoltaico. ......................................................... 33 
Figura 18: Diagrama de Conversión de Energía Solar. ...................................................... 34 
Figura 19: Diagrama General de beneficios de la energía Fotovoltaica ............................ 35 
x 
 
Figura 20: Componentes Básicos de un Sistema Fotovoltaico .......................................... 36 
Figura 21: Transformación de Energía Fotovoltaica. ........................................................ 37 
Figura 22: Esquema de Distribución de Energía Fotovoltaica. ......................................... 38 
Figura 23: Tecnología de Paneles Fotovoltaicos................................................................ 39 
Figura 24: Comparación entre Eficiencias de Paneles Fotovoltaicos ................................ 39 
Figura 25: Esquema de Instalación Fotovoltaica Conectada ............................................. 45 
Figura 26: Esquema de Instalación Fotovoltaica Aislada. ................................................. 46 
Figura 27:Estructura de una Célula Solar. .......................................................................... 48 
Figura 28:Conexiones internas de un panel solar de 16 células. ........................................ 49 
Figura 29: Conexión de módulos en serie. ......................................................................... 50 
Figura 30: Conexión de módulos en paralelo. .................................................................... 50 
Figura 31: Diagrama de Ragone Almacenamiento de Energia .......................................... 52 
Figura 32: Tipos de Baterias o Aculadores de Energia ...................................................... 55 
Figura 33: Vida Util en Ciclos y profundidad de Descarga en Baterias ............................ 56 
Figura 34: Esquema típico de un sistema de bombeo fotovoltaico. ................................... 59 
Figura 35: Curva del Sistema y Punto de Operación de la Bombeo .................................. 71 
Figura 36: Punto de Operación del Sistema ....................................................................... 72 
Figura 37:Manometro con tubo de Bourdon ...................................................................... 79 
Figura 38: Manómetro con Diafragma ............................................................................... 80 
Figura 39: Valvula de Compuerta y Diseccion .................................................................. 85 
Figura 40: Válvula de Globo y sus Partes .......................................................................... 86 
Figura 41: Válvula de Angulo ............................................................................................ 86 
Figura 42: Válvula de Retención a Bisagra ........................................................................ 87 
Figura 43: Válvula reguladora de presión .......................................................................... 88 
Figura 44: Esquema de Fuerza. .......................................................................................... 96 
Figura 45: Esquema de Control. ......................................................................................... 96 
xi 
 
Figura 46: Programación de PLC en Lenguaje de Bloques. .............................................. 97 
Figura 47: Presupuesto de Kit Solar Victron 70 000/35 000 W/Día. ................................. 98 
Figura 48: Kit Solar Victron 70000/35000 W/Día. ............................................................ 99 
Figura 49: Presupuesto de PLC Siemens LOGO 230 RCE. .............................................. 99 
Figura 50: Cotización de Automático de Nivel. ............................................................... 100 
Figura 51: Cotización Cable Thw Awgx100m. ............................................................... 100 
 
 
1 
 
INTRODUCCIÓN 
El desarrollo de la presente Tesis Proyecto de Factibilidad de Bombeo por Energía 
Fotovoltaica de Agua Potable para los Anexos de la Molina, la Cuenca, Alto Cerro Verde 
del Distrito de Uchumayo-Arequipa consta de cinco capítulos como lo describiremos a 
continuación: 
Planteamiento del problema 
Marco teórico 
Diseño del Proyecto 
Análisis Económico 
Impacto Medio Ambiental del Proyecto 
El Primer Capítulo está relacionado con el planteamiento del problema, los objetivos, 
antecedentes, sustentación técnica y limitaciones en el desarrollo del tema. 
El Segundo Capitulo desarrollamos el marco teórico correspondiente a toda la base para 
el sustento de la ingeniera del proyecto y delineando desde diseño y selección de los 
componentes del sistema de bombeo de agua potable. 
El Tercer Capítulo es la ingeniería del proyecto donde se realiza el diseño y selección de 
todos los componentes del sistema de bombeo de agua para la población de los anexos del 
Distrito de Uchumayo por medio de energía solar fotovoltaica. 
El Cuarto Capitulo es la evaluación económica del proyecto que vemos la rentabilidad 
del proyecto. 
El Quinto Capítulo realizamos un análisis impacto medio ambiental del proyecto y 
concluimos con las conclusiones y recomendaciones. 
 
 
 
2 
 
1. CAPITULO I 
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
1.1. INTRODUCCIÓN 
Hoy en día la vida sin recurso hídrico nos sería prácticamente imposible, y más si se 
trata de un distrito de nuestra ciudad, sabemos también que existen anexos de los 
distritos de las zonas periféricas, donde sus expansiones poblaciones están en 
crecimiento en el orden del 7% anual, aislados que no cuentan con el servicio de 
agua potable, y muchas de las veces la conciencia que nosotros tenemos para estas 
problemáticas es prácticamente nula, podemos enumerar un sin número de aspectos 
de la vida cotidiana en los cuales la disponibilidad de este recurso nos puede ayudar a 
facilitar, como son: agua potable, servicio eléctrico, educación, alimentos y su 
conservación, inseguridad etc. 
En el Distrito de Uchumayo se está presentado la problemática de los Anexos La 
Molina, La Cuenca y Alto Cerro Verde del elemento vital que es el agua como 
elemento principal para vivir, esto ha creado un problema mayúsculo a las 
autoridades presentes donde están requiriendo realizar un proyecto de sistema de 
bombeo para abastecimiento de agua en condiciones económicas sociales para la 
población de los anexos mencionados, donde se puede indicar que sus recursos 
económicos son muy bajos de la mayoría de la población. 
La ubicación donde será realizado el proyecto es un poblado el cual queda alejado de 
la ciudad, y tiene una población de alrededor de 500 familias estimando 4 personas 
por familia a la fecha, donde cada persona consume alrededor de 150 litros diarios, la 
topografía de la zona no es desfavorable debido a la ausencia de terreno pedregoso o 
muy arenoso, por lo tanto se realizara un estudio para encontrar la mejor zona para la 
construcción del reservorio y del sistema de bombeo, el cual deberá ser situado en 
una zona plana y con buena iluminación durante el año, también se considera el 
cableado que debe llegar al sistema de bombeo y un lugar apropiado para la 
implementación del sistema fotovoltaicopropuesto el cual deberá tener una buena 
ubicación también; este proyecto se llevará a cabo con apoyo del gobierno local y 
regional. 
Sin olvidar y sin pasar por alto la problemática que los anexos de los distritos de la 
ciudad de Arequipa al carecer de este recurso, hemos direccionado este proyecto de 
3 
 
sistema de bombeo de agua por energía renovable como es la energía solar es sin 
duda una de las mejores armas con las que cuenta la sociedad para erradicar o bien 
tratar de erradicar la mayor parte de problemas que nuestra sociedad puede llegar a 
tener. 
1.2. OBJETIVOS 
1.2.1. Objetivo General 
Formular el Proyecto de Factibilidad de Bombeo por Energía Fotovoltaica de 
Agua Potable para los Anexos de la Molina, la Cuenca, Alto Cerro Verde del 
Distrito de Uchumayo-Arequipa. 
1.2.2. Objetivos Específicos 
 Diseñar y formular el sistema de bombeo de agua por energía fotovoltaica. 
 Calcular y seleccionar el tipo de bombas, tubería y accesorios adecuados para 
el sistema de bombeo. 
 Determinar y calcular el sistema de energía solar fotovoltaica para el sistema 
de bombeo de agua. 
 Evaluar el proyecto el proyecto de bombeo por energía fotovoltaica de agua 
potable en su factibilidad económica. 
1.3. ANTECEDENTES 
La Municipalidad Distrital de Uchumayo dentro de su plan de inversiones desde el año 
2017 previsto ejecutar el proyecto “Construcción e Implementación del Sistema de 
Agua Potable, Reservorio de Cámara de Bombeo, Líneas de Impulsión, Reservorio de 
Descarga, Línea de Aducción, Redes de Distribución y Conexiones Domiciliarias, 
Sistema de Red Secundaria de Alcantarillado y Conexiones Domiciliarias en los 
Asentamiento Humanos de alto Cerro verde, Frente de Sol, Virgen de la candelaria, El 
Arenal, La Molina, Sector Cerro Verde, Distrito de Uchumayo -Arequipa. 
Dichos pueblos jóvenes a partir de la década de los 80, han tenido un crecimiento 
significativo con la formación de nuevos pueblos jóvenes, por las condiciones 
favorables para la adquisición de terrenos de bajo costo, debido especialmente a la 
carencia absoluta de la infraestructura básica de los servicios más esenciales, como son 
las de agua, desagüe, luz eléctrica, vías por los menos niveladas. La infraestructura 
4 
 
social, de servicios, pistas, veredas simplemente no existen ni siquiera en los 
asentamientos instalados cerca. 
El problema más agudo que confronta la población instalada en forma tan precaria, es 
la falta absoluta de agua en cantidad, por lo que optaron en una primera alternativa 
construir una planta de tratamiento y dar agua a la parte baja del sector Cerro Verde, el 
mismo que administrado por una JASS. 
Por estas condiciones precarias en las que vive la población se ha considerado dentro 
del Proyecto de instalación de los servicios de saneamiento básico en el distrito de 
Uchumayo, cuya función específica es la de planificar, diseñar y proponer las 
condiciones necesarias para dotar de la infraestructura básica de Agua Potable y 
desagüe, en todos los asentamientos humano instalados dentro del distrito. 
1.4. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA 
El diseño de un sistema de bombeo fotovoltaico por paneles solares permitirá la 
utilización de energías limpias renovables, la cual utiliza la radiación solar para 
poder generar energía eléctrica. El diseño nos permitirá un mejor manejo de 
operación de los sistemas de control del sistema fotovoltaico cumpliendo con las 
normas establecidas para una mayor eficiencia de la energía solar producida. 
La ubicación donde será realizado el proyecto es un poblado el cual queda alejado de 
la ciudad, y tiene una población de alrededor de 500 familias estimando 4 personas 
por familia, donde cada persona gasta alrededor de 150 litros diarios, la topografía de 
la zona no es desfavorable debido a la ausencia de terreno pedregoso o muy arenoso, 
por lo tanto se realizara un estudio para encontrar la mejor zona para la construcción 
del reservorio y del sistema de bombeo, el cual deberá ser situado en una zona plana 
y con buena iluminación durante el año, también se considera el cableado que debe 
llegar al sistema de bombeo y un lugar apropiado para la implementación del sistema 
fotovoltaico propuesto el cual deberá tener una buena ubicación también; este 
proyecto se llevará a cabo con apoyo del gobierno local y regional. 
1.5. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA 
Esta clase de proyectos conllevan un gasto muy alto, es por ello que se evaluará a 
detalle la viabilidad económica, comenzando con la ubicación de los dos reservorios, 
el de menor altura servirá como tanque almacenador y el reservorio de mayor altura 
5 
 
servirá de tanque almacenador y distribuidor desde aquí se hará llegar a los poblados 
necesitados. 
Se realizará una evaluación para obtener los mejores equipos y a la vez rentables 
económicamente que se adecuen a este proyecto, entre los cuales esta los 
componentes para el sistema de bombeo y la selección de componentes para la 
obtención de energía fotovoltaica, la cual parte desde cero, teniendo muy en cuenta 
las tazas de venta en los pobladores de la zona previa negociación con el estado. 
Este estudio nos garantiza una inversión a mediano plazo, económicamente hablando 
en relación a sistemas de bombeo de agua a base de energías distintas a la solar 
donde los costos de energías serán nulos, y un mantenimiento programado anual 
disminuyendo costos de operación. Los beneficios serían muchos una vez hecho el 
sistema de bombeo de agua, ya que beneficiará económicamente y brindará un 
servicio para mejorar la calidad de vida de las personas presentes en el área de 
benéfico. 
1.6. LIMITACIONES 
Par el diseño del sistema de bombeo de agua por energía solar fotovoltaico las 
limitaciones técnicas son las siguientes: 
 De acuerdo a los datos obtenidos en el área administrativa del distrito la 
comprobación en situ el abastecimiento de agua para el reservorio de succión está 
garantizado porque viene de las piscinas de balneario de Tingo. 
 No se realizará el diseño del sistema de bombeo de agua por energía fotovoltaica 
al detalle. 
 No se realizará un estudio de impacto ambiental del proyecto del sistema de 
bombeo de agua. 
 No se realizará una evaluación económica social del proyecto del sistema de 
bombeo de agua por energía solar. 
1.7. NORMAS REFERENCIALES 
 El actual marco normativo de la fotovoltaica es el siguiente: 
 Ley de promoción de la inversión para la generación de electricidad con el uso de 
energías renovables – Decreto Legislativo N°1002 (mayo 2008). 
6 
 
 Reglamento de la generación de electricidad con energías renovables Decreto 
Supremo N° 012-2011-EM (marzo 2011). Reemplaza al Reglamento original 
(Decreto Supremo N°050-2008-EM). 
 Bases Consolidadas de la Primera Subasta con Recursos Energéticos Renovables 
(RER), aprobadas mediante Resolución Viceministerial N° 113-2009-
MEM/VME del Ministerio de Energía y Minas. 
 Bases Consolidadas de la segunda Subasta con Recursos Energéticos Renovables 
(RER), aprobadas mediante Resolución Viceministerial N° 036-2011-
MEM/VME del Ministerio de Energía y Minas. 
 Decreto Legislativo Nº 1002: Decreto Legislativo de Promoción de la Inversión 
para la Generación de Electricidad con el Uso de Energías Renovables. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
8 
 
2. CAPITULO II 
MARCO TEÓRICO 
2.1. INTRODUCCIÓN 
La energía solar y eólica se denomina renovables debido a que son un recurso 
inagotable respecto del ciclo de vida humano. Además, presentan la característica de 
ser abundantes y limpias. Las fuentes renovables de energía tienen un gran potencial 
para la generación de energía. Así, por ejemplo, la tecnología fotovoltaica que 
transforma directamente la luz solar en electricidad, ha mostrado ser de gran utilidad 
para la generación de energía eléctrica en lugares apartados y remotos. Hoy en día, la 
tecnología fotovoltaica disponiblecomercialmente es una alternativa real para su 
aplicación en diversas tareas domésticas, industriales y agropecuarias. Sin embargo, 
es necesario un análisis de viabilidad económica y factibilidad técnica para 
determinar si es la más apropiada para tal fin. Las aplicaciones más comunes en el 
sector agropecuario son bombeo de agua, cercos eléctricos, calentadores de agua, 
congeladores y sistemas de secado de productos agrícolas, además de la 
electrificación básica para fines domésticos. (Zenon, 2018) 
El bombeo de agua en pequeña escala es una aplicación de mucha trascendencia en 
el mundo; tiene especial impacto en comunidades rurales donde no hay suministro de 
energía eléctrica convencional. Los sistemas de bombeo fotovoltaicos se caracterizan 
por ser de alta confiabilidad, larga duración y mínimo mantenimiento, lo cual se 
traduce en un menor costo a largo plazo si se le compara con otras alternativas. 
Además, no requiere del empleo de un operador y tienen un bajo impacto ambiental 
(no contaminan el aire o el agua y no producen ruido). Otra ventaja es que los 
sistemas son modulares, de manera que pueden adecuarse para satisfacer las 
necesidades específicas del usuario en cualquier momento. Estos sistemas son muy 
sencillos en su operación. Para realizar un proyecto con éxito es necesario entender 
conceptos como la energía solar fotovoltaica, la hidráulica del sistema y el 
funcionamiento del conjunto motor-bomba. (Zenon, 2018) 
Como observamos existen alternativas de generación de energías renovables: 
 Energía eólica. 
 Energía solar. 
 Energía mareomotriz. 
9 
 
 Energía Hídrica. 
 Energía Geotérmica. 
 Energía Biomásica. 
2.2. BOMBAS HIDRÁULICAS 
Una bomba es una máquina capaz de transformar energía mecánica en hidráulica. 
Hay dos tipos básicos de bombas: 
 Bombas roto dinámicas. 
 Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas. 
En la Figura 1 se puede apreciar su clasificación de los diferentes tipos de bombas 
hidráulicas: 
Figura 1: Clasificación General de las Bombas Hidráulicas. 
 
Fuente: (Abella y Romero, 2005) 
 
Las bombas fotodinámicas añaden simplemente cantidad de movimiento al fluido 
por medio de paletas o álabes giratorios. Están diseñadas para una altura 
manométrica más o menos fija y proporciona generalmente mayor caudal comparado 
con las bombas de desplazamiento positivo. Estas bombas no son recomendables 
para profundidades de aspiración mayores a 5-6 metros y pueden tener varios 
estados, el número de estados depende de la altura de bombeo necesaria (Abella y 
Romero, 2005). 
10 
 
Las bombas de desplazamiento positivo tienen un contorno móvil que, por cambios 
de volumen, obliga a avanzar a través de la máquina. Se abre una cavidad en la que 
el fluido penetra a través de una toma y después se cierra expulsando el fluido por la 
abertura de salida. 
 
Figura 2: Comparación entre curvas de las bombas centrífuga 
y desplazamiento positivo. 
 
Fuente: (Abella y Romero, 2005) 
 
Las bombas de desplazamiento positivo son apropiadas para altos incrementos de 
presión y bajos caudales, mientras que las bombas centrífugas proporcionan caudales 
elevados con bajas alturas manométricas (Abella y Romero, 2005). 
Las bombas son los elementos que aportan energía para vencer las pérdidas de carga 
y la diferencia de alturas entre dos puntos. Fuerzan al fluido a circular en un 
determinado sentido. Aunque se puede obligar a que el fluido atraviese una bomba 
en sentido contrario, esta situación es anómala. Las bombas más utilizadas en los 
sistemas de bombeo convencionales son las centrífugas y las axiales. Estas bombas 
pueden impulsar un caudal mayor a medida que disminuye la resistencia o diferencia 
de altura que deben vencer (Marigorta, Suárez y Francos, 1994). 
11 
 
2.2.1. Los componentes y Partes de una Bomba Centrífuga 
Los componentes y partes constructivos que la conforman son: 
a) Una tubería de aspiración. 
b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas 
que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido 
solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. 
c) Carcasa o Voluta, puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos). 
d) Difusor, el difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, 
llamada carcasa o cuerpo de bomba. El difusor está formado por unos 
álabes fijos divergentes, que, al incrementarse la sección de la carcasa, la 
velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la 
energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la 
bomba. 
e) Eje, el eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular 
no uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la 
fuerza del elemento motor. Las bombas centrífugas para agua se clasifican 
atendiendo a la posición del eje en bombas de eje horizontal y bombas de 
eje vertical (Pérez y Renedo, 2015). 
 
Figura 3: Componentes y Partes de una Bomba Centrífuga. 
 
Fuente: (Pérez y Renedo, 2015) 
12 
 
2.2.2. Funcionamiento de una Bomba Centrífuga 
El flujo entra a la bomba a través del centro u ojo del rodete y el fluido gana 
energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección 
radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y 
cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un 
incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la 
salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida (Universidad 
Nacional Experimental del Táchira, 2005) 
Figura 4: Funcionamiento de una Bomba Centrífuga. 
 
Fuente:( Full mecánica, 2012) 
 
2.2.3. Curvas Características de una Bomba Centrífuga 
Las curvas características de una bomba centrífuga permiten relacionar el caudal 
con la altura generada, potencia absorbida, rendimiento y a veces, con la altura 
máxima de succión. 
Una bomba centrífuga puede describirse con elevada precisión mediante las leyes 
de semejanza, que relacionan la potencia mecánica de entrada a la bomba, P, el 
caudal, Q. y la velocidad de giro, n. Cuando son aplicadas simultáneamente a un 
punto de la curva Altura-Caudal, H1-Q1, a una determinada velocidad de giro 
permiten la obtención de un punto de la curva H2-Q2 a otra velocidad, teniendo 
en cuenta además que el rendimiento hidráulico puede suponerse constante entre 
ambos puntos. Se tiene: 
13 
 
𝑄𝑃
𝑄𝑚
=
𝑁𝑃
𝑁𝑚
 , 
𝐻𝑃
𝐻𝑚
=
𝑁𝑃
2
𝑁𝑚
2 , 
𝑃𝑃
𝑃𝑚
=
𝑁𝑃
3
𝑁𝑚
3 
Dónde: 
Hm,P: Altura (modelo-prototipo) 
Dm, P: Diámetro (modelo-prototipo) 
Nm, P: Revoluciones (modelo-prototipo) 
Pm, P: Potencia (modelo-prototipo) 
Donde los subíndices 1 y 2 representan velocidades diferentes. La Figura 5 nos da 
las curvas características de funcionamiento de una bomba centrifuga y que 
permite ver el comportamiento de la bomba centrifuga seleccionada 
Figura 5: Curvas Características de una bomba centrifuga 
 
Fuente: (Abella y Romero, 2005) 
 
Las Figuras 6 y 7 nos da el comportamiento de las bombas hidráulicas a diferentes 
velocidades respecto a caudal-altura-potencia al eje, caudal-altura-eficiencia. 
 
 
 
 
 
14 
 
Figura 6: Curvas H-Q - Potencia en el eje de una bomba centrífuga. 
 
Fuente: (Abella y Romero, 2005) 
 
Figura 7: Curvas H-Q-Rendimiento para una bomba 
 
Fuente: Abella y Romero, 2005. 
 
15 
 
2.2.4. Ecuaciones de una Bomba Hidráulica 
2.2.4.1. Ecuación General de Bernoulli Generalizada 
La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de 
Bernoulli, el cual posibilita resolver problemas en los que hay perdidas y 
ganancia de energía. Para cualquier sistema la expresión del principio de 
energía es. 
𝑃1
𝛾
+ 𝑍1 +
𝑉1
2
2𝑔
+ 𝛴𝐻𝐵+𝛴𝐻𝑇 − 𝛴𝐻𝑃 =
𝑃2
𝛾
+ 𝑍2 +
𝑉2
2
2𝑔
 
Donde: 
𝑃1
𝛾
,
𝑃2
𝛾
: Alturas de presiones estáticasen el punto 1 y 2 respectivamente 
(m.c.a). 
𝑍1, 𝑍1: Alturas geodésicas en el punto 1 y 2 respectivamente (m.c.a). 
𝑉2
2𝑔
, 
𝑉1
2
2𝑔
: Altura de presiones de velocidad en el punto 1 y 2 respectivamente 
(m.c.a). 
∑ 𝐻𝑃: Energía perdida por el sistema debido a la fricción en la tubería 
(perdidas primarias) y en las válvulas y conectores (perdidas secundarias) 
(m.c.a). 
∑ 𝐻𝐵: Energía entregada al fluido mediante un dispositivo mecánico externo 
(bomba). (m.c.a). 
∑ 𝐻𝑃: Energía retirada al fluido mediante un dispositivo mecánico externo 
(turbina) (m.c.a). 
2.2.4.2. Perdidas Primarias y Secundarias en Tuberías 
Las pérdidas de carga (o pérdidas de energía) en tuberías son de dos tipos; 
primarias y secundarias: 
Las pérdidas primarias son las “pérdidas de superficie” en el contacto del 
fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con 
otras (régimen laminar) o las partículas de fluido entre sí (régimen 
turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme y, por lo tanto, principalmente se 
producen en tramos de tuberías de sección constante. 
16 
 
Las pérdidas secundarias son las “pérdidas de forma” que tienen lugar en las 
transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda 
clase de accesorios de tuberías. 
2.2.4.3. Pérdidas Primarias: Ecuación de Darcy 
A finales del siglo XIX, se demostró que la pérdida de carga era proporcional 
al cuadrado de la velocidad media en la tubería y a la longitud de la misma, e 
inversamente proporcional al diámetro de la tubería. La relación mencionada 
se expresa según la ecuación de Darcy (Font et al., 2011): 
ℎ𝑃 = 𝑓 ×
𝐿
𝐷
× 
𝑉2
2𝑔
 
Donde: 
ℎ𝑃: Pérdida primarias de carga por fricción (m) 
𝑓: Factor de fricción. Adimensional 
𝐿: Longitud de la tubería. (m) 
𝐷: Diámetro del conducto. (m) 
𝑉: Velocidad promedio en la sección del conducto. (m/s) 
𝑔: Gravedad. (m/s
2
) 
Esta fórmula es de uso universal para el cálculo de pérdidas de carga en 
conductos rectos y largos, tanto para flujo laminar como turbulento. La 
diferencia entre ambos tipos de flujo está en la definición y evaluación del 
factor de fricción. Existen multitud de tablas, curvas, ecuaciones etc. para 
obtener el valor del factor de fricción (𝑓). Sin embargo, a partir de 1940, se 
ha venido usando cada vez más un ábaco denominado “Diagrama de Moody” 
(Font et al., 2011). 
2.2.4.4. Perdidas Secundarias 
La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias, análoga a la ecuación 
de Darcy para pérdidas primarias, es la siguiente (Font et al., 2011): 
ℎ𝑆 = 𝛴𝐾 × 
𝑉2
2𝑔
 
17 
 
Donde: 
ℎ𝑃: Pérdida de carga secundaria. (m) 
𝐾: Coeficiente adimensional de pérdida de carga secundaria. 
𝑉: Velocidad media en la tubería si se trata de codos, válvulas, etc. Si se trata 
de un cambio de sección como contracciones o ensanchamientos, suele 
tomarse la velocidad en la sección menor. (m/s) 
En la Tabla 1 podemos observar algunos coeficientes adimensionales de 
pérdida de carga secundaria: 
Tabla 1: Coeficiente adimensional de perdida de carga de accesorios 
más comunes. 
Válvula esférica, totalmente abierta K=10 
Válvula de ángulo, totalmente abierta K=5 
Válvula de retención de clapeta K=2.5 
Válvula de pie con colador K=0.8 
Válvula de compuerta, totalmente abierta K=0.19 
Codo de retroceso K=2.2 
Empalme en T normal K=1.8 
Codo de 90° normal K=0.9 
Codo de 90° de radio medio K=0.75 
Codo de 90° de radio grande K=0.60 
Codo de 45° K=0.42 
Fuente: (Robert Mott, 2014) 
 
2.2.4.5. Diagrama de Moody 
Normalmente, con el uso de las ecuaciones de Poiseuille y la de Colebrook-
White, se puede realizar el cálculo del coeficiente de fricción (𝑓). Sin 
embargo, este tipo de ecuaciones requieren de una herramienta de cálculo 
donde se puedan programar, o de complejos métodos de resolución, por lo 
que uno de los métodos más extendidos para el cálculo rápido del coeficiente 
de fricción es el uso del Diagrama de Moody. 
18 
 
Dicho diagrama es la representación (en escala logarítmica), de las dos 
ecuaciones anteriores, y permite determinar el valor de f en función del 
número de Reynolds y la rugosidad relativa. La utilización de este diagrama 
permite (Font et al., 2011): 
 Determinar el valor del factor de fricción (f) para ser utilizado en la 
ecuación de Darcy. 
 Resolver todos los problemas de pérdidas de carga primarias en 
conductos de cualquier diámetro, cualquier material, y para cualquier 
caudal. 
 Puede utilizarse en conductos de sección no circular, sustituyendo el 
diámetro (D) por el radio hidráulico (Rh). 
Figura 8: Diagrama de Moody. 
 
Fuente: (Robert Mott, 2014) 
 
2.2.5. Sistema de Bombeo Hidráulico 
Las bombas centrífugas operando en paralelo aumentan la capacidad de bombeo 
del sistema ya que el caudal final bombeado es igual a la suma de la contribución 
de cada bomba. En el caso que se opere con alturas de presión o caudales muy 
variables esta disposición resulta interesante. Un adecuado control de la carga 
resulta en un consumo mínimo y por tanto en una operación eficiente. Los 
sistemas de bombeo en paralelo además contribuyen a aumentar la fiabilidad y 
19 
 
mantenibilidad del sistema ya que en ciertas situaciones en que la altura o el 
caudal a vencer o bombear sean bajos podrá utilizarse solo una de las bombas, 
pudiendo ser revisada o reparada la bomba parada. (Dragon, 2017) 
2.2.5.1. Punto de Operación de un Sistema de Bombeo 
Como se ha dicho, el caudal que circula por la bomba y, por tanto, la altura de 
elevación que proporciona, están condicionados por la interacción bomba-
sistema. El punto de funcionamiento (QB, HB) vendrá dado por el corte de la 
curva resistente del sistema con la curva característica de la bomba. (Eduardo 
Blanco, 1994) 
Figura 9: Combinación de bomba y sistema 
 
Fuente: (Eduardo Blanco, 1994). 
 
A menudo se modeliza la curva característica de la bomba por un polinomio, 
normalmente una parábola. Esto se hace con fines didácticos y también para 
resolver los sistemas con la ayuda del ordenador. Así, la solución del ejemplo 
anterior vendría dada por el siguiente sistema de dos ecuaciones: 
𝐻1 + 𝐻𝐵 − ℎ𝑝 = 𝐻2 
𝐻𝐵 = 𝐴 + 𝐵𝑄 + 𝐶𝑄2 
Donde A, B y C serán los coeficientes de ajuste de la curva característica. 
También habría que sustituir HP por la expresión correspondiente, HP = k*Q
2
 
y, en su caso, hacer las iteraciones adecuadas. Cuando se opere de esta 
manera debe prestarse atención al sentido físico: la ecuación de ajuste no es 
20 
 
válida para alturas ni caudales negativos. Tampoco será muy adecuada en 
puntos alejados del diseño de la bomba. 
2.2.6. Bombas en Paralelo 
En ocasiones se utilizan varias bombas trabajando en serie o en paralelo sobre el 
mismo circuito. Esto puede resultar útil como sistema de regulación, o cuando se 
requieren características muy variables. 
Cuando varias bombas se colocan en serie, se pueden sustituir, para el cálculo, por 
otra bomba hipotética que genere una suma de altura individuales para un mismo 
caudal. De la misma forma, varias bombas en paralelo darán una curva 
característica conjunta en la que se suman los caudales individuales para una 
misma altura. 
 Para colocar bombas en serie, y sobre todo en paralelo, es conveniente que sean 
similares, mejor aún si son idénticas, para evitar que alguna de ellas trabaje en una 
zona poco adecuada. Para realizar el gráfico de la curva tanto de bombas en serie 
como bombas en paralelo existe: el método gráfico y si se tuviese la curva de la 
bomba, por arreglos numéricos teniendo en cuenta las características propias de 
cada configuración de juego de bombas. (Eduardo Blanco, 1994) 
Figura 10: Bombas en Paralelo. 
 
Fuente: (Eduardo Blanco, 1994). 
21 
 
2.2.7. Cavitación 
La cavitación constituye un fenómeno importante en la selección y operación de 
bombas, válvulas y otros equipos de control.Puede provocar un mal 
funcionamiento de la instalación y el deterioro de los elementos mecánicos, dando 
lugar a costosas reparaciones. Básicamente, la cavitación se produce cuando en 
algún punto la presión del fluido desciende por debajo de la presión de vapor, 
formándose entonces burbujas de vapor por ebullición. Se ha comprobado que la 
presencia de gases disueltos y suciedad favorecen la aparición de estas burbujas, 
actuando como núcleos de formación. Frecuentemente la cavitación está asociada 
también con las estructuras verticales turbulentas de las zonas de separación. Las 
bajas presiones en el centro de los vórtices, combinadas con la depresión de la 
separación, pueden causar la aparición de burbujas de vapor. Cuando estas 
burbujas se ven afectadas por una presión superior, se vuelven inestables y 
colapsan violentamente. Esto provoca ruido, vibraciones y erosión. Una fuerte 
cavitación reduce el rendimiento de los equipos hidráulicos, pero incluso una 
cavitación en fase incipiente puede, con el tiempo, llegar a erosionar seriamente 
las superficies metálicas. (Eduardo Blanco, 1994) 
2.2.7.1. Altura Neta Positiva de Succión: NPSH 
Para evitar la cavitación, hace falta mantener una presión suficiente, por 
encima de la presión de vapor, en la entrada de la bomba. El valor necesario 
es calculado por el fabricante como NPSHr (Net Positive Suction Head 
requerido). Desde el punto de vista de la utilización, hay que asegurarse de 
que el NPSHd (disponible) en el sistema sea superior al NPSHr. La forma de 
calcular el NPSHd cuando la bomba está conectada a un depósito es: 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =
𝑃𝐴𝑡𝑚 − 𝑃𝑣
𝐺. 𝐸
− 𝐻𝑆 − ℎ𝑝 
Dónde: 
NPSHd: Altura neta de succión disponible (m) 
PAtm: Presión atmosférica (m.c.a.) 
Pv: Presión de vaporización a la altura de bombeo (m.c.a.) 
G.E: Gravedad especifica (adimensional) 
22 
 
HS: Altura de succión (m) 
HP: Altura de perdidas (m) 
Como se puede ver en la Figura 11, el NPSHd es la altura absoluta que le 
queda a la bomba en la aspiración por encima de la presión de vapor. Otro 
factor a tener en cuenta es la variación del NPSHr con el caudal. Cuanto 
mayor sea éste, mayor será la velocidad en la bomba y más próximo el 
peligro de cavitación. La curva de NPSHr suele venir dada por los 
fabricantes junto a la curva de altura. 
Figura 11: Variación del NPSHr con el Caudal. 
 
Fuente: (Eduardo Blanco, 1994). 
 
Y finalmente cambiar a: 
NPSHd > NPSHr 
Dónde: 
NPSHd: Altura neta de succión disponible (m) 
NPSHr: Altura neta de succión requerido (m) 
Mediante esta simplificación se agrupan los términos que dependen de la 
instalación en un solo parámetro llamado NPSH disponible, quedando como 
NPSH requerido los que dependen de la bomba 
23 
 
2.2.8. Caudal 
El caudal volumétrico, o simplemente caudal Q, que circula por un determinado 
sistema es el volumen de líquido trasegado en la unidad de tiempo. Las unidades 
más comúnmente empleadas son m
3
/hora, litros/minuto (L/min) y litros/seg (L/s). 
No obstante, en el ámbito de influencia anglosajona lo podemos encontrar 
expresado tanto en galones por minuto americanos/minuto (USgpm). La 
equivalencia entre las principales unidades de medida de caudal es la siguiente: 
1 L/s = 60 L/m = 3.6 m
3
/h = 15.839 gpm 
El caudal volumétrico que circula por un determinado sistema se puede obtener 
multiplicando la velocidad del fluido (v) por el área transversal de paso: 
Figura 12: Perfil de Velocidad de Flujo Desarrollado 
 
Fuente: (Mancebo, 1995) 
 
𝑄 = 𝑉 ∗ 𝐴 
Dónde: 
Q: Caudal (m3/s) 
V: Velocidad del fluido (m/s) 
A: Área trasversal (m2) 
 
 
 
 
24 
 
Tabla 2: Flujos Volumétricos Comunes. 
Flujo Volumétrico 
Descripción 
Flujo Volumétrico 
gal/min 𝒎𝟑/h L/min 
0.9-7.5 15-125 Bombas reciprocas que manejan fluidos 
pesados y compuestos acuosos de lodo 
4-33 
0.6-6.0 10-100 Sistemas hidráulicos de aceites 
industriales 
3-30 
6.0-36 100-600 Sistemas hidráulicos para sistemas 
equipos móviles 
30-150 
2.4-270 40-4500 Bombas centrifugas en procesos 
químicos 
10-1200 
12-240 200-4000 Bombas para control de flujo y drenaje 50-1000 
2.4-900 40-15000 Bombas centrifugas para manejar 
desechos de minería 
10-4000 
108-570 1800-9500 Bomba centrifuga de sistema contra 
incendios 
500-2500 
Fuente: (Eduardo Blanco, 1994) 
 
2.3. DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO ECONÓMICO TUBERIA 
Para el diseño hidráulico de una planta de bombeo, es necesario seleccionar el 
diámetro más económico de la tubería de descarga, lo cual se lleva al cabo con base 
en la economía tanto de la inversión inicial como de la operación y el mantenimiento 
de esta última. 
A continuación, formulamos las expresiones matemáticas para el cálculo de diámetro 
económico en el presente proyecto de bombeo de recurso hídrico. 
 
 
 
 
 
 
25 
 
Figura 13: Diámetro Económico. 
 
Fuente: (Mancebo, 1995) 
 
a) Espesor de la Tubería: 
Esta expresión permite obtener el espesor de la tubería al 50% por golpe 
de ariete 
𝑒 =
𝑃 ∗ 𝐷
2 × 𝑆𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙
 
Donde: 
𝑒: Espesor de la tubería (m). 
𝐷: Diámetro de la tubería (m). 
𝑃: Presión estática del fluido. (Kg-f/mm2). 
𝑆𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙: Esfuerzo permisible del material de tubería (kg-f/mm
2
). 
b) Peso de la Tubería: 
Con esta expresión permite obtener el peso de tubería para el sistema de 
bombeo. 
𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 = 𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝑒 ∗ 𝐿 ∗ 𝛾𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 
 
26 
 
Donde: 
𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎: Peso de la tubería (kg-f). 
𝐷: Diámetro de la tubería (m). 
𝑒: Espesor de la tubería (m). 
𝛾𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙: Peso específico del material (kg-f/m
3
). 
c) Costo Anualizado de Tubería: 
Esta expresión permite anualizar el costo de la tubería 
𝑎 =
𝑖(1 + 𝑖)𝑛
(1 + 𝑖)𝑛 − 1
 
Donde: 
𝑎: Anualización. 
𝑖: Interés bancario. 
𝑛: Tiempo de préstamo (años). 
La siguiente expresión anualizamos el costo de tuberías para la instalación 
del sistema de bombeo. 
𝑆𝑇 = 𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝑎 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 unitaria instalada 
Donde: 
𝑆𝑇: Costo anualizado de tubería (US$/año). 
𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎: Peso de la tubería (Kg-f). 
𝑎: Anualización de costo de tubería (1/año). 
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎: Costo de la tubería (US$/Kg-f). 
d) Costo de Pérdidas de Energía Eléctrica: 
Esta expresión permite obtener las perdidas hidráulicas del sistema de 
bombeo tanto primarias como secundarias. 
ℎ𝑃 = (𝑓
𝐿
𝐷
+ ∑ 𝐾 + 𝑓
𝐿𝑒𝑞
𝐷
) ×
8 × 𝑄2
𝜋2 × 𝐷4 × 𝑔
 
 
27 
 
Donde: 
ℎ𝑃: Altura perdida (m). 
𝑓: Factor de perdidas por fricción (adimensional). 
𝐿: Longitud de la tubería (m). 
𝐷: Diámetro de la tubería (m). 
∑ 𝐾: Sumatoria de perdidas por accesorios (adimensional). 
𝐿𝐸𝑞: Longitud equivalente de la tubería (m). 
𝑄: Caudal (m
3
/s). 
𝑔: Grave dad (m/s
2
). 
Esta expresión permite obtener el espesor de la tubería al 50% por golpe 
de ariete 
𝑃𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 =
ϒ𝐻2𝑂 ∗ 𝑄 ∗ ℎ𝑓
102 ∗ 𝜂
 
Donde: 
𝑃𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎: Potencia perdida (KW). 
𝛾𝐻2𝑂: Peso específico del agua (Kg-f/m
3
). 
𝑄: Caudal (m
3
/s). 
ℎ𝑓: Altura perdida (m). 
 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 × 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎 × 𝐷í𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 
Donde: 
Energía perdida: Energía perdida (kWh/año). 
Horas por día: Horas por día (hr/día). 
Días por año: Días por año (día/año). 
 
𝑆𝐸 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ∗ 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 
28 
 
Donde: 
𝑆𝐸: Costo de pérdida anual de energía (US$. /Año). 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎: Energía perdida (kWh/año). 
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 : (US$/ kWh). 
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎: Factor de potencia de planta. 
Tiempo: Tiempo y operación anual (hr.) 
e) Obtención del Diámetro Económico: 
 
𝑑𝑆𝑇
𝑑𝐷
 + 
𝑑𝑆𝐸
𝑑𝐷
 = 0 
𝑑𝑆𝐸
𝑑𝐷
: Derivada de costo de pérdida anual de energía respecto al diámetro. 
𝑑𝑆𝑇
𝑑𝐷
: Derivada de costo anualizado de tubería respecto al diámetro.Despejando la ecuación y reemplazando todas las variables diferentes al 
Diámetro (𝐷); tenemos la obtención del diámetro económico. 
f) Determinación de la Potencia al Eje de la Bomba: 
Mediante la ecuación se despeja la altura de bombeo posteriormente 
realizamos la siguiente ecuación para determinar la potencia de la bomba 
utilizada: 
𝑃𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 =
𝛾𝐻2𝑂 ∗ 𝑄 ∗ 𝐻𝐵
102 ∗ 𝑛
 
Donde: 
𝑃𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎: Potencia de la bomba (W). 
𝛾𝐻2𝑂: Peso específico del agua (N/m
3
). 
𝐻𝐵: Altura de bombeo (m). 
𝑛: Eficiencia de la bomba (adimensional). 
g) Determinación para Análisis de Cavitación en la Bomba: 
Para que no exista cavitación en el sistema se tiene que cumplir: 
29 
 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝐷 ≥ 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 
Donde: 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝐷: Altura Neta Positiva de Succión Disponible (m). 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅: Altura Neta Positiva de Succión Requerida (m). 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 = 𝜎 × 𝐻𝐵 
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅: Altura Neta Positiva de Succión Requerida (m). 
𝜎: Coeficiente de Toma (adimensional). 
𝐻𝐵: Altura de Bombeo (m). 
𝜎 = 2.14 × 10−4 × 𝑁𝑞
4
3 
𝜎: Coeficiente de Thoma (adimensional). 
𝑁𝑞: Número específico de Revoluciones de Caudal (adimensional). 
𝑁𝑞 =
𝑁√𝑄
𝐻𝐵
3
4
 
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 
𝑁𝑞: Número específico de Revoluciones de Caudal (adimensional). 
𝑁: Giro del rodete (rpm). 
𝑄: Caudal (m
3
/s). 
𝐻𝐵: Altura de Bombeo (m). 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝐷 =
𝑃𝐴𝑇𝑀 − 𝑃𝑉
𝐺. 𝐸.
− 𝐻𝑆 − 𝐻𝑃 𝐴→𝐸 
Donde: 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝐷: Altura Neta Positiva de Succión Disponible (m). 
𝑃𝐴𝑇𝑀: Presión Atmosférica Local (Pa). 
𝑃𝑉: Presión de Vaporización a la Temperatura de Bombeo (Pa). 
𝐻𝑆: Altura de Succión (m). 
30 
 
𝐺. 𝐸. ∶ Gravedad Específica (Adimensional). 
𝐻𝑃 𝐴→𝐸: Altura de pérdidas primarias y secundarias (m). 
2.4. TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEO 
Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el 
transporte a través de tuberías y el almacenamiento temporal de los fluidos, de forma 
que se cumplan las especificaciones de caudal y presión necesarias en los diferentes 
sistemas y procesos (Marigorta et al., 1994). Según Wekker, estos son los sistemas 
característicos de bombeo: 
2.4.1. Sistema de Bombeo de Tanque a Tanque 
Este sistema consiste por ejemplo en un tanque elevado en la azotea del edificio; 
con una altura que permita la presión de agua establecida según las normas sobre 
la pieza más desfavorable. En la parte inferior de la edificación existe un tanque, 
el cual puede ser superficial, semi subterráneo o subterráneo y en el que se 
almacenará el agua que llega del abastecimiento público. Desde este tanque un 
número de bombas establecido (casi siempre una o dos), conectadas en paralelo 
impulsarán el agua al tanque elevado (Wekker, 2004). 
Figura 14: Sistema de Bombeo Tanque a Tanque. 
 
Fuente:( Wekker, 2004) 
 
 
31 
 
2.4.2. Sistemas Hidroneumáticos 
Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o 
elasticidad del aire cuando es sometido a presión. El agua que es suministrada 
desde el acueducto público u otra fuente (acometida), es retenida en un tanque de 
almacenamiento; de donde, a través de un sistema de bombas, será impulsada a un 
recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la 
red), y que contiene volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al 
recipiente aumenta el nivel de agua, al comprimirse el aire aumenta la presión, 
cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados, se produce la señal de 
parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red, cuando 
los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos, se acciona el mando 
de encendido de la bomba nuevamente (Wekker, 2004). 
 
Figura 15: Sistema Hidroneumático. 
 
Fuente: (Wekker, 2004) 
2.4.3. Sistemas Combinados con Tanque Compensador 
El Sistema de Presión constante con tanque compensador resulta de la 
combinación de un sistema hidroneumático y un sistema de bombeo de velocidad 
fija contra la red cerrada de tres o más bombas funcionando en paralelo (Wekker, 
2004). 
 
 
32 
 
 
Figura 16: Sistema Combinado con tanque compensador. 
 
Fuente: (Wekker, 2004) 
 
2.5. ENERGÍA SOLAR 
Casi todos los seres vivos dependen de la luz solar para sobrevivir. La luz solar 
puede variar en intensidad dependiendo de la temporada. En otoño e invierno, los 
días son más cortos y la luz solar permanece durante menos tiempo cada día. De 
manera inversa, en primavera y verano, los días son más largos y tienen la luz del sol 
por más tiempo. La primavera es la estación del año en la cual la cantidad y la 
intensidad de la luz son mayores y, en consecuencia, la temperatura aumenta. 
La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación, calor y rayos 
ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por 
un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede 
realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema 
fotométrico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico). 
La conversión térmica de alta temperatura consiste en transformar la energía solar en 
energía térmica almacenada en un fluido. Para calentar el líquido se emplean unos 
dispositivos llamados colectores. 
La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la energía 
luminosa en energía eléctrica. Se utilizan para ello unas placas solares formadas 
por células fotovoltaicas (de silicio o de germanio). 
https://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml
https://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
https://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtml
https://www.monografias.com/trabajos13/genytran/genytran.shtml
https://www.monografias.com/trabajos/celula/celula.shtml
33 
 
Define como Energías renovables no convencionales a: 
 Solar Fotovoltaico 
 Solar Térmico 
 Eólico 
 Geotérmico 
 Biomasa 
 Hidroeléctrico sólo hasta 20 MW 
Figura 17:Sistema de Bombeo Básico Fotovoltaico. 
 
Fuente: (FENERCON, 2010) 
 
2.5.1. Concepto de Energía Solar 
La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento 
de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que 
alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, 
mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y 
la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células 
fotoeléctricas, heliostatos o colectores solares, pudiendo transformarse en energía 
eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, 
que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta 
la humanidad. 
34 
 
Las diferentes tecnologías solares se pueden clasificar en pasivas o activas según 
como capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas 
incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para 
recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas 
enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, 
la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan 
propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante 
ventilación natural. (Energía solar, s.f.) 
La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar 
fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía 
solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población 
mundial en 2030, (Energía solar, s.f.) 
Figura 18: Diagrama de Conversión de Energía Solar. 
 
Fuente: (Tobajas, 2018) 
Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el 
costo de la energía solar fotovoltaica se ha reducidode forma constante desde que 
se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la 
eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las 
energías no renovables en un creciente número de regiones geográficas, 
alcanzando la paridad de red. Otras tecnologías solares, como la energía solar 
35 
 
termoeléctrica están reduciendo sus costos, también de forma considerable. 
(Energía solar, s.f.) 
2.5.2. Concepto de Energía Fotovoltaica 
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad de 
origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un 
dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una 
deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina. 
(Energía solar fotovoltaica, s.f.) 
Figura 19: Diagrama General de beneficios de la energía Fotovoltaica 
 
Fuente: (FENERCON, 2010) 
 
La energía fotovoltaica no emite ningún tipo de polución durante su 
funcionamiento, contribuyendo a evitar la emisión de gases de efecto invernadero. 
Su principal desventaja consiste en que su producción depende de la radiación 
solar, por lo que si la célula no se encuentra alineada perpendicularmente al Sol se 
pierde entre un 10-25 % de la energía incidente. Debido a ello, en las plantas de 
conexión a red se ha popularizado el uso de seguidores solares para maximizar la 
producción de energía. La producción se ve afectada asimismo por las 
condiciones meteorológicas adversas, como la falta de sol, nubes o la suciedad 
que se deposita sobre los paneles. Esto implica que para garantizar el suministro 
36 
 
eléctrico es necesario complementar esta energía con otras fuentes de energía 
gestionables como las centrales basadas en la quema de combustibles fósiles, la 
energía hidroeléctrica o la energía nuclear. (Energía solar fotovoltaica, s.f.) 
Figura 20: Componentes Básicos de un Sistema Fotovoltaico 
 
Fuente: (Tobajas, 2018) 
 
Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el 
coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que 
se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la 
eficiencia, y logrando que su coste medio de generación eléctrica sea ya 
competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de 
regiones geográficas, alcanzando la paridad de red. Actualmente el coste de la 
electricidad producida en instalaciones solares se sitúa entre 0.05-0.10 $/kWh. en 
Europa, China, India, Sudáfrica y Estados Unidos. En 2015, se alcanzaron nuevos 
récords en proyectos de Emiratos Árabes Unidos (0,058 $/kWh.), Perú (0.048 
$/kWh.) y México (0.048 $/kWh.), Precios en Dólares por KWh. (Energía solar 
fotovoltaica, s.f.) 
2.5.3. Composición Básica de un Sistema Fotovoltaico 
La composición básica de un sistema fotovoltaico, totalmente desconectado de la 
red, empieza con paneles fotovoltaicos, o células fotovoltaicas, los mismos que 
37 
 
convierten la irradiación solar en una diferencia de potencial que es usada por el 
inversor para producir la corriente eléctrica. 
Figura 21: Transformación de Energía Fotovoltaica. 
 
Fuente: (Tobajas, 2018) 
 
Cabe resaltar, que los paneles fotovoltaicos, trabajan a 12, 24 y 48 voltios, esto 
significa que sus rangos de salida están entre los +3, -3 V, por ejemplo los paneles 
de 12 voltios, producen de 9 a 15 voltios, dependiendo de la irradiación solar, y 
también tienen una eficiencia, que es bastante baja comparado al poder energético 
de la radiación solar que llega al planeta, los paneles en la actualidad bordean el 
17% de eficiencia con respecto a la energía que llega del sol, pero comparados 
con la energía eléctrica su eficiencia energética total sigue siendo muy superior a 
la de los combustibles fósiles. 
 
 
 
 
 
38 
 
Figura 22: Esquema de Distribución de Energía Fotovoltaica. 
 
Fuente: (FENERCON, 2010) 
 
En el sistema también se usa un controlador de baterías, el cual sirve para 
controlar estas fluctuaciones de voltaje de los paneles, y entregar a las baterías un 
nivel de tensión de carga constante para no estropear el banco de baterías. 
Cabe la explicación de que los sistemas fotovoltaicos, se dimensionan como 
veremos más adelante, para una zona geográfica determinada, y funciona en su 
fase de generación, con corriente DC, o continua, al igual que su regulación y 
carga de baterías, mientras que la corriente que sale del inversor, es AC, o 
corriente alterna, que es con la que se alimentan los aparatos eléctricos 
comerciales. 
2.5.4. Paneles Fotovoltaicos 
Existen diferentes tipos de paneles fotovoltaicos en el mercado, y su 
especificación principal es la denominada “potencia-pico”, que es la potencia 
máxima que puede generar bajo condiciones ambientales estándar, es decir 
temperatura ambiente de 25°C y radiación de 1000 W/m2. Por su construcción y 
tecnología pueden clasificarse como vemos en la Figura 23, en mono cristalinos, 
polis cristalinos y de capa fina (menos usado). 
 
39 
 
 
Figura 23: Tecnología de Paneles Fotovoltaicos. 
 
Fuente: (Tobajas, 2018) 
Para tomar una decisión sobre qué panel se debe comprar es necesario ver más 
allá de si es un panel mono cristalino o poli cristalino, se debe tener en cuenta la 
relación entre precio/watt, y del espacio en metro cuadrado (m2) que ocuparán los 
paneles, así como de la duración y garantía lineal de funcionamiento del poder 
nominal. 
Figura 24: Comparación entre Eficiencias de Paneles Fotovoltaicos 
 
Fuente: (FENERCON, 2010) 
40 
 
Las celdas mono cristalinos están compuestas por un solo cristal de silicio, 
mientras que las células poli cristalinas se forman a base de la unión de varios 
cristales. Hace algunos años los paneles solares mono cristalinos solían ofrecer un 
rendimiento superior a las celdas poli cristalinas, hoy en día esta diferencia debido 
al tiempo y la demanda por los paneles fotovoltaicos hace que los costos de 
producción de ambas tecnologías sean prácticamente idénticos. 
Hace años, las celdas mono cristalinas eran afectadas en su desempeño por el 
calor, en mayor medida que las policristalinas. En la actualidad esto no es 
necesariamente así. 
El sol es indirectamente el responsable de la producción de casi toda forma de 
energía. Desde el momento en que el sol comenzó a funcionar, ha emitido 
radiación solar suficiente como para producir combustibles fósiles que se 
consumen rápidamente en nuestro planeta. El sol también produce calor que 
evapora el agua de los océanos y la convierte en corrientes de agua en los ríos, que 
a su vez hacen posible la existencia de grandes centrales hidroeléctricas. Y que se 
puede decir del proceso de fotosíntesis que hace crecer las plantas de las cuales 
depende la vida en la tierra. 
El término energía solar se refiere al aprovechamiento de la energía que proviene 
del Sol. Se trata de un tipo de energía renovable. La energía contenida en el Sol es 
tan abundante que se considera inagotable. El Sol lleva 5 mil millones de años 
emitiendo radiación solar y se calcula que todavía no ha llegado al 50% de su 
existencia. La energía solar, además de ser inagotable es abundante: la cantidad de 
energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor que 
la que se consume al día en todo el planeta. La radiación recibida se distribuye de 
una forma más o menos uniforme sobre toda la superficie terrestre, lo que 
dificulta su aprovechamiento (Fundación de la Energía de la Comunidad de 
Madrid [FENERCOM, 2010). 
La cantidad de potencia solar disponible en la superficie terrestre se ha calculado 
en 1.7x1014 kilowatts. La energía solar es una fuente renovable. No se necesita 
transportarla por medio de recipientes, no hay que dirigirla de un lugar a otro 
mediante líneas de transmisión o tuberías,más bien está disponible en cualquier 
lugar de la tierra en donde brille el sol. Una característica importante de la energía 
https://solar-energia.net/energias-renovables
https://solar-energia.net/definiciones/radiacion-solar.html
41 
 
solar es que podemos llamarle "limpia" debido a que no causa contaminación del 
medio ambiente, su impacto ambiental adverso es mínimo y no produce residuos 
y desechos industriales. 
Tomando en cuenta el día y la noche, las estaciones del año, días nublados y 
soleados, y la latitud de la superficie terrestre, la potencia solar promedio a nivel 
del suelo es alrededor de 17 W/pie
2
, la cual es suficiente para satisfacer las 
demandas mundiales de energía, siempre y cuando pueda ser colectada (Sanz, 
Navas y Rey de las Moras, 2011). 
A pesar que la energía solar promete muchas oportunidades para el futuro, existen 
algunas limitaciones que deben ser superadas con base en fuertes inversiones y 
trabajo constante. A pesar de la inversión inicial de instalar un sistema de energía 
solar. Es más rentable pues una vez instalado, solo se requiere de mantenimientos 
periódicos. A continuación, una lista de las limitaciones de la energía solar: 
1. La energía no está concentrada en un solo punto. 
2. Es de naturaleza intermitente debido al día y la noche, días nublados, y las 
estaciones del año, que afectan la recepción en la tierra. 
3. La Inversión en equipo solar es grande. Los sistemas necesarios para 
colectar, almacenar y procesar la energía son caros. 
4. En algunos lugares donde la demanda de energía es máxima, la 
disponibilidad de radiación solar es mínima (Lima Solares, 1997). 
Existen dos vías principales para el aprovechamiento de la radiación solar. 
 Energía Solar Térmica 
 Energía Solar Fotovoltaica 
El aprovechamiento de la Energía Solar Térmica consiste en utilizar la radiación 
del sol para calentar un fluido que, en función de su temperatura, se emplea para 
producir agua caliente e incluso vapor. 
El aprovechamiento de la Energía Solar Fotovoltaica se realiza a través de la 
transformación directa de la energía solar en energía eléctrica mediante el llamado 
efecto fotovoltaico. Esta transformación se lleva a cabo mediante “células solares” 
que están fabricadas con materiales semiconductores (por ejemplo, silicio) que 
42 
 
generan electricidad cuando incide sobre ellos la radiación solar (FENERCOM, 
2006). 
2.5.5. Aplicaciones de la Energía Solar 
2.5.5.1. Aplicaciones de la Energía Solar Térmica 
 Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS): 
La principal aplicación de la energía solar térmica es la producción de 
Agua Caliente Sanitaria (ACS) para el sector doméstico y de 
servicios. El agua caliente sanitaria se usa a una temperatura de 45°C, 
temperatura a la que se puede llegar fácilmente con captadores solares 
planos que pueden alcanzar como temperatura media 80°C. Se 
considera que el porcentaje de cubrimiento del ACS anual es 
aproximadamente del 60%; se habla de este porcentaje, y no superior, 
para que en la época de mayor radiación solar no sobre energía. La 
energía aportada por los captadores debe ser tal que en los meses más 
favorables aporte el 100%. El resto de las necesidades que no aportan 
los captadores se obtiene de un sistema auxiliar, que habitualmente 
suele ser gasóleo, gas o energía eléctrica. Con este porcentaje de 
cubrimiento los periodos de amortización son reducidos. 
Calefacción de baja temperatura: 
La energía solar térmica puede ser un complemento al sistema de 
calefacción, sobre todo para sistemas que utilicen agua de aporte a 
menos de 60°C. 
Para calefacción con aporte solar, el sistema que mejor funciona es el 
de suelo radiante (circuito de tuberías por el suelo), ya que la 
temperatura del fluido que circula a través de este circuito es de unos 
45°C, fácilmente alcanzable mediante captadores solares. Otro sistema 
utilizado es el de fan-col o Aero termos. 
 Calentamiento de agua de piscinas: 
Otra de las aplicaciones extendidas es la del calentamiento del agua de 
piscinas. El uso de colectores puede permitir el apoyo energético en 
piscinas al exterior alargando el periodo de baño, mientras que, en 
43 
 
instalaciones para uso de invierno, en las épocas de poca radiación 
solar, podrán suministrar una parte pequeña de apoyo a la instalación 
convencional. Además, hay que considerar que el Reglamento de 
Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) prohíbe el 
calentamiento de piscinas descubiertas con fuentes de energía 
convencionales. 
 Aire acondicionado mediante máquinas de absorción: 
Uno de los campos de máximo desarrollo de las instalaciones solares 
térmicas que se verá en un plazo breve de años será la de colectores de 
vacío o planos de alto rendimiento que produzcan ACS, calefacción 
en invierno y, mediante máquinas de absorción, produzcan frío en el 
verano. 
La utilización de la energía solar térmica para todos esos sistemas 
juntos es la mejor forma de aprovechar la instalación, debido a que el 
uso sólo para ACS y calefacción produce algún excedente en verano, 
provocando sobrecalentamientos en la instalación que es necesario 
evitar mediante algún sistema de los existentes. 
Las aplicaciones de la energía solar térmica se extienden también al sector 
industrial: agua caliente y precalentamiento de agua de proceso, calefacción, 
aire caliente y refrigeración (FENERCOM, 2010). 
2.5.5.2. Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica 
Una instalación solar fotovoltaica tiene como objetivo producir energía 
eléctrica a partir de la energía solar. 
La energía solar fotovoltaica tiene multitud de aplicaciones, desde la 
aeroespacial hasta juguetes pasando por las calculadoras y la producción de 
energía a gran escala para el consumo en general o a pequeña escala para 
consumo en pequeñas viviendas. Principalmente se diferencian dos tipos de 
instalaciones: las de conexión a red, donde la energía que se produce se 
utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución, y las 
aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda 
44 
 
asilada, una estación repetidora de telecomunicación, bombeo de agua para 
riego, etc. (FENERCOM, 2010). 
 
a) Instalaciones Conectadas a la Red Eléctrica: 
La corriente eléctrica generada por una instalación fotovoltaica puede ser 
vertida a la red eléctrica como si fuera una central de producción de 
energía eléctrica. El consumo de electricidad es independiente de la 
energía generada. Este tipo de aplicaciones está creciendo gracias al 
precio primado de venta a la red del KWh, el precio de venta a la empresa 
eléctrica es, para el año 2006, de 0.440 € por KWh para instalaciones de 
menos de 100 KW y de 0.230 € por KWh para instalaciones mayores, 
siendo en cambio la compra de energía de unos 0.0766 €. Además, otra 
ventaja es que las compañías eléctricas están obligadas a comprar la 
energía producida. Algunas de las aplicaciones de estos sistemas son las 
siguientes: 
 Instalaciones en tejados, terrazas, etc. de viviendas que dispongan de 
conexión a la red de distribución eléctrica: Se aprovecha la superficie 
del tejado para colocar sistemas modulares de fácil instalación. 
 Plantas de producción: Son aplicaciones de carácter industrial que 
pueden instalarse en zonas rurales no aprovechadas para otros usos o 
sobrepuestas en grandes cubiertas de zonas urbanas (aparcamientos, 
zonas comerciales, etc.) 
 Integración en edificios: Consiste en la sustitución de elementos 
arquitectónicos convencionales por nuevos elementos arquitectónicos 
que incluyen el elemento fotovoltaico, y que por tanto son 
generadores de energía (recubrimientos de fachadas, muros cortina, 
parasoles, pérgolas, etc.) (FENERCOM, 2010). 
 
 
 
 
45 
 
 
 
 
 
 
Figura 25: Esquema de Instalación Fotovoltaica Conectada 
a la Red 
 
Fuente: (FENERCOM, 2010) 
 
b) Instalaciones aisladas a