Obtenção de Água do Ar Atmosférico

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
INGENIERÍA QUÍMICA, INGENIERÍA PETROQUÍMICA, 
INGENIERÍA AMBIENTAL E INGENIERÍA DE ALIMENTOS 
 
 
 
 
PROYECTO DE GRADO 
 
 
“OBTENCIÓN DE AGUA A PARTIR DEL AIRE 
ATMOSFÉRICO” 
 
 
PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO 
 
POSTULANTE: UNIV. OSMAR PASTOR VELASQUEZ APAZA 
 TUTOR: DR. ING. RENE ALVAREZ APAZA 
 
LA PAZ- BOLIVIA 
2019 
 
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS 
FACULTAD DE INGENIERIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN 
ANDRÉS AUTORIZA EL USO DE LA INFORMACIÓN CONTENIDA EN ESTE 
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DEDICATORIA 
 
 
 
Para mi familia que me ayudo a no rendirme… 
 
 ¡Animo! que las dificultades se acaban, los retos se resuelven 
y los sueños se pueden realizar... 
 
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AGRADECIMIENTOS 
 
Primeramente a Dios por darme la vida para llegar hasta aquí, a mi familia que a pesar de 
las situaciones y la distancia siempre me apoyaron. 
A mi tutor el Dr. Ing. René Alvarez Apaza por su tiempo, observaciones y sugerencias que 
me ayudaron a darme cuenta de algunos puntos importantes para este proyecto. 
A mis amigos de la Universidad por brindarme su amistad en este tiempo de estudiante. 
A Don Salomón de Cardex de Ingeniería Química por ayudarme a solucionar los problemas 
para los trámites de titulación, con la cual al fin presento oficialmente este proyecto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMEN 
 
El presente proyecto tiene como objetivo obtener agua para consumo doméstico, a partir de 
la humedad del aire, para ello se diseña y construye un equipo de refrigeración por compresión 
mecánica, el cual condensa el agua que se encuentra disponible en el aire del medio 
ambiente. 
 
El diseño del equipo de refrigeración toma en cuenta las condiciones de humedad relativa y 
temperatura ambiente para la ciudad de La Paz Bolivia; con esos datos se realizan cálculos 
para la construcción del equipo. Una vez construido el equipo se realizan pruebas 
experimentales para obtener el rango de temperatura de operación óptimo que permita la 
obtención de mayor cantidad de agua. 
 
Se pudo obtener agua condensada del aire; a una humedad de 43.6% se obtuvo 2216 ml de 
agua con un costo estimado de 1.33 bs el litro; con una humedad del 65.1% se obtuvo 2514 
ml de agua con un costo estimado de 1.17 bs el litro, ambos en 24 horas de operación. Según 
el análisis de laboratorio esta agua es potable. 
 
 
 
 
 
 
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v 
 
 
ÍNDICE GENERAL 
 
CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................... 1 
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 
1.1 Antecedentes.- ............................................................................................................ 1 
1.1.1 La crisis mundial del agua.- .............................................................................. 1 
1.1.2 La crisis del agua en la ciudad de La Paz ........................................................ 1 
1.2 Planteamiento del problema.- .................................................................................... 2 
1.3 Objetivos. ..................................................................................................................... 2 
1.3.1 Objetivo General.- ............................................................................................. 2 
1.3.2 Objetivos Específico.- ....................................................................................... 2 
1.4 Justificación. ............................................................................................................... 2 
1.4.1 Justificación Académica.-.................................................................................. 2 
1.4.2 Justificación Técnica.- ....................................................................................... 2 
1.4.3 Justificación Económica.-.................................................................................. 3 
1.4.4 Justificación Social.- .......................................................................................... 3 
1.4.5 Justificación Ambiental.- ................................................................................... 3 
1.5 Estado actual de la investigación. ............................................................................ 3 
1.5.1 Nivel Nacional.- ................................................................................................. 3 
1.5.2 Internacional.- .................................................................................................... 3 
CAPÍTULO 2 .......................................................................................................................... 5 
2. FUNDAMENTO TEÓRICO ...................................................................................... 5 
2.1 Agua.- ........................................................................................................................... 5 
2.1.1 Estructura química del Agua.- ........................................................................... 5 
2.1.2 Importancia del Agua ........................................................................................ 6 
2.1.3 Agua disponible en el mundo.- ......................................................................... 6 
2.1.4 Ciclo del agua.- ................................................................................................. 7 
2.1.5 Norma Boliviana de calidad para el Agua potable.- ......................................... 8 
2.2 Aire.- ........................................................................................................................... 10 
2.2.1 Composición del Aire atmosférico.- ................................................................ 10 
2.3 Psicrometría.- ............................................................................................................ 11 
2.4 Variables Psicrométricas.- ....................................................................................... 11 
2.4.1 Humedad Absoluta.-........................................................................................ 11 
vi 
 
2.4.2 Humedad Relativa.-......................................................................................... 12 
2.4.3 Temperatura de Rocío.- .................................................................................. 13 
2.4.4 Temperatura de Bulbo húmedo.- .................................................................... 13 
2.4.5 Entalpia especifica.- ........................................................................................ 13 
2.4.6 Volumen húmedo.- .......................................................................................... 13 
2.4.7 Diagrama Psicrométrico .................................................................................. 14 
2.5 Transferencia de Calor.- ...........................................................................................15 
2.5.1 Transferencia de calor por Conducción.-........................................................ 15 
2.5.2 Transferencia de calor por Convección.- ........................................................ 18 
2.5.3 Coeficiente global de transferencia de Calor .................................................. 20 
2.5.4 Calor Sensible. ................................................................................................ 21 
2.5.5 Calor Latente. .................................................................................................. 21 
2.6 Volumen teórico de agua condensada.-................................................................. 22 
2.6.1 Rendimiento para la condensación de agua.- ................................................ 23 
2.7 Máquina frigorífica por Compresión mecánica.- ................................................... 23 
2.7.1 Compresor.-..................................................................................................... 24 
2.7.2 Condensador.- ................................................................................................. 24 
2.7.3 Dispositivo de expansión.- .............................................................................. 25 
2.7.4 Evaporador.- .................................................................................................... 26 
2.7.5 Coeficiente de desempeño COP.- .................................................................. 26 
2.8 Refrigerante R 134a.- ................................................................................................ 27 
2.8.1 Información del refrigerante 134a.- ................................................................. 27 
2.8.2 Propiedades físicas y químicas del refrigerante 134a.- ................................. 27 
2.8.3 Aplicaciones del refrigerante R 134 a.-........................................................... 28 
2.8.4 Diagrama P – h para el refrigerante 134 a ..................................................... 28 
2.8.5 Ciclo de refrigeración del R-134a.- ................................................................. 29 
2.9 Control automático de procesos. ........................................................................... 29 
2.9.1 Set Point .......................................................................................................... 30 
2.9.2 Elemento de Control o Controlador ................................................................ 30 
2.9.3 Actuador .......................................................................................................... 30 
2.9.4 Proceso ........................................................................................................... 30 
2.9.5 Elemento de medición o medidor ................................................................... 31 
2.9.6 Variable Perturbación ...................................................................................... 31 
vii 
 
2.9.7 Variable Controlada......................................................................................... 31 
2.9.8 Lazo Abierto y Lazo Cerrado .......................................................................... 31 
2.9.9 Sistemas de Control.- ...................................................................................... 32 
2.9.10 Sistemas de Control Feedforward (anticipativo).- .......................................... 32 
2.9.11 Mecanismos de Control. ................................................................................. 33 
2.9.12 Introducción del software y hardware como herramienta de control. ............ 34 
2.10 Diseño experimental. ........................................................................................... 35 
2.10.1 Definiciones ..................................................................................................... 36 
2.10.2 Diseños factoriales .......................................................................................... 37 
2.10.3 Selección y Clasificación de los diseños experimentales .............................. 37 
2.10.4 Diseño factorial 3k ........................................................................................... 38 
2.10.5 Diseño factorial 32 ........................................................................................... 38 
2.10.6 El software Design Expert ............................................................................... 39 
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................ 40 
3. METODOLOGÍA PARA OBTENER AGUA DEL AIRE ........................................ 40 
3.1. Metodología para obtener agua del aire ............................................................ 40 
3.1.1. Medición de las condiciones Ambientales para la ciudad de La Paz ............ 41 
3.1.2. Diagrama Psicrométrico para la ciudad de La Paz ........................................ 41 
3.1.3. Cálculo de Energía necesaria para Condensación del agua del aire ............ 41 
3.1.4. Diseño del Condensador de Aire atmosférico ................................................ 41 
3.1.5. Construcción y Ensamblaje del condensador de aire atmosférico ................ 41 
3.1.6. Estudio de Condiciones Adecuadas de Operación ........................................ 41 
3.1.7. Selección e implementación del Diseño experimental.- ................................. 41 
3.2. Metodología del Diseño experimental.- ............................................................. 42 
3.2.1. Definir las variables del proceso ..................................................................... 42 
3.2.2. Planteamiento del problema ........................................................................... 43 
3.2.3. Planteamiento del modelo............................................................................... 43 
3.2.4. Realizar pruebas y obtención de datos .......................................................... 43 
3.2.5. Análisis estadístico .......................................................................................... 43 
3.2.6. Determinación de condiciones de operación. ................................................. 43 
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................................ 44 
DISEÑO, PRUEBAS PRELIMINARES Y CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO ..................... 44 
4.1. Diseño General ..................................................................................................... 44 
4.2. Cálculos Generales.- ............................................................................................ 45 
viii 
 
4.2.1. Cálculo de humedades promedio, para la ciudad de La Paz......................... 45 
4.2.2. Cálculo de propiedades Psicrométricas para La Paz..................................... 48 
4.3. Cálculos para el evaporador.- ............................................................................. 48 
4.3.1. Calor del evaporador.- .................................................................................... 50 
4.3.2. Resistencia por conducción.- .......................................................................... 51 
4.3.3. Resistencia por convección ............................................................................ 52 
4.3.4. Coeficiente Global de transferencia de Calor ................................................. 53 
4.3.5. Diferencia media de temperatura logarítmica DMTL ...................................... 54 
4.3.6. Cálculo de longitud necesaria del evaporador ............................................... 55 
4.4. Construcción.- ...................................................................................................... 55 
4.4.1. Materiales.- ...................................................................................................... 55 
4.4.2. Equipos.-......................................................................................................... 55 
4.4.3. Selección y características de los equipos de refrigeración.- ........................ 56 
4.4.4. Proceso de construcción.-............................................................................... 56 
4.4.5. Mejoras del equipo.- ........................................................................................ 59 
4.4.6. Cálculo del coeficiente de desempeño COP del equipo.- .............................. 60 
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................................ 61 
5. PRUEBAS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS OBTENIDOS ....................... 61 
5.1. Diseño experimental para el proceso.- .............................................................. 61 
5.1.1. Identificación de las variables para el diseño experimental ........................... 61 
5.1.2. Selección de variables para el proceso .......................................................... 61 
5.2. Realización de las pruebas, utilizando diseño experimental.- ....................... 62 
5.3. Pruebas experimentales para humedad Baja.- ................................................. 62 
5.3.1. Valores obtenidos por experimentación: ........................................................ 62 
5.3.2. Resultados del modelo de experiencias ......................................................... 63 
5.4. Pruebas experimentales para Humedad alta.- .................................................. 64 
5.4.1. Valores obtenidos por experimentación ......................................................... 64 
5.4.2. Resultados del modelo de experiencias ......................................................... 65 
5.5. Pruebas experimentales para verificar la influencia de la humedad ............. 66 
5.6. Pruebas experimentales para verificar la influencia del material de cobertura 
del evaporador ...................................................................................................... 67 
5.7. Pruebas experimentales, para analizar los ciclos de operación .................... 68 
5.8. Pruebas experimentales, para analizar los tiempos de operación con 
respecto a la humedad relativa .......................................................................... 68 
ix 
 
5.9. Pruebas experimentales, sin control automático ............................................ 70 
5.10. Rendimiento para la condensación del agua ................................................... 71 
CAPÍTULO 6 ........................................................................................................................ 73 
6. COSTOS................................................................................................................. 73 
6.1. Costos para construcción del equipo ............................................................... 73 
6.2. Costos de operación ............................................................................................ 74 
6.2.1. Costos de operación, para humedad Baja ..................................................... 74 
6.2.2. Costos de operación, para humedad Alta ...................................................... 75 
CAPÍTULO 7 ........................................................................................................................ 76 
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 76 
7.1. Conclusiones ........................................................................................................ 76 
7.2. Recomendaciones ................................................................................................ 77 
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 78 
ANEXOS ............................................................................................................................... 79 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
x 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla N° 2.1. Cantidades de agua en el mundo. .................................................................. 7 
Tabla N° 2.2. Parámetros de control Mínimo ........................................................................ 9 
Tabla N° 2.3. Parámetros de control Básico ......................................................................... 9 
Tabla N° 2.4. Parámetros de control Complementario ......................................................... 9 
Tabla N° 2.5. Composición del Aire Atmosférico. ............................................................... 11 
Tabla N° 2.6. Diseño factorial 32 .......................................................................................... 38 
Tabla N° 4.1. Datos históricos de humedad relativa ........................................................... 46 
Tabla N° 4.2. Datos históricos de humedad relativa alta y baja ......................................... 46 
Tabla N° 4.3. Presiones de operación del equipo ............................................................... 50 
Tabla N° 4.4. Valores de las entalpias de operación del equipo ........................................ 51 
Tabla N° 4.5. Mejoras en el equipo construido ................................................................... 59 
Tabla N° 5.1. Valores de los factores del diseño experimental .......................................... 62 
Tabla N° 5.2. Valores obtenidos por experimentación, a humedad baja ........................... 62 
Tabla N° 5.3. ANOVA a condiciones de humedad baja ...................................................... 63 
Tabla N° 5.4. Valores límite para los factores, a humedad baja ......................................... 64 
Tabla N° 5.5. Valores obtenidos por experimentación, a humedad alta ............................ 64 
Tabla N° 5.6. ANOVA a condiciones de humedad alta ....................................................... 65 
Tabla N° 5.7. Valores límite para los factores, a humedad alta .......................................... 66 
Tabla N° 5.8. Variación de Volumen condensado con la Humedad relativa ambiente ...... 66 
 
 
xi 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura N° 2.1. Estructura química del Agua ......................................................................... 5 
Figura N° 2.2. Ciclo del agua ............................................................................................... 7 
Figura N° 2.3. Temperatura de bulbo húmedo o temperatura húmeda del aire. .............. 13 
Figura N° 2.4. Diagrama Psicrométrico .............................................................................. 14 
Figura N° 2.5. Transmisión de calor ................................................................................... 15 
Figura N° 2.6. Conducción de calor en tuberías ................................................................ 17 
Figura N° 2.7. Convección natural y convección forzada .................................................. 19 
Figura N° 2.8. Cambios de fase del agua para el proceso ................................................ 22 
Figura N° 2.9. Ciclo de refrigeración por compresión mecánica ....................................... 23 
Figura N° 2.10. Compresor................................................................................................. 24 
Figura N° 2.11. Condensador espiral ................................................................................. 25 
Figura N° 2.12. Tubo capilar .............................................................................................. 25 
Figura N° 2.13. Evaporador ................................................................................................ 26 
Figura N° 2.14. Refrigerante R 134a .................................................................................. 27 
Figura N° 2.15. Diagrama P- hdel refrigerante 134a ........................................................ 28 
Figura N° 2.16. Ciclo de refrigeración del R-134a ............................................................. 29 
Figura N° 2.17. Elementos básicos de un sistema de control. .......................................... 30 
Figura N° 2.17. Control Feedback. ..................................................................................... 32 
Figura N° 2.18. Control Feedforward. ................................................................................ 32 
Figura N° 2.19. Control de temperatura ON OFF .............................................................. 33 
Figura N° 2.20. Modelo de programa Arduino. .................................................................. 34 
Figura N° 2.21. Partes de la placa Arduino UNO .............................................................. 35 
Figura N° 2.21. Clasificación de los Diseños experimentales ........................................... 37 
Figura N° 3.1. Metodología para obtener agua a partir del aire ........................................ 40 
Figura N° 3.2. Metodología del diseño experimental ......................................................... 42 
Figura N° 4.1. Diseño propuesto para obtener agua a partir del aire atmosférico ........... 44 
Figura N° 4.2. Estructura química del Agua ....................................................................... 45 
Figura N° 4.3. Carta psicométrica para la ciudad de La Paz............................................. 48 
Figura N° 4.4. Evaporador diseñado para condensar agua .............................................. 49 
Figura N° 4.5. Diagrama Mollier del refrigerante R134a ................................................... 50 
Figura N° 4.6. Tubería de cobre vista de corte transversal ............................................... 51 
Figura N° 4.7. Convección en el evaporador ..................................................................... 52 
Figura N° 4.8. Construcción de estructura soporte ............................................................ 57 
Figura N° 4.9. Revisión y prueba de los equipos ............................................................... 57 
Figura N° 4.10. Construcción del evaporador espiral ........................................................ 57 
Figura N° 4.11. Armado de los equipos y carga del refrigerante ...................................... 58 
Figura N° 4.12. Soldadura de los equipos ......................................................................... 58 
Figura N° 4.13. Revisión y empalme del sistema eléctrico ............................................... 58 
Figura N° 4.14. Pintado del evaporador ............................................................................. 59 
 
 
 
xii 
 
 
 
 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
 
Gráfica N° 5.1. Variación de Volumen condensado con la Humedad relativa ambiente ... 66 
Gráfica N° 5.2. Variación de Volumen condensado cambiando el material de cobertura del 
evaporador ............................................................................................................................ 67 
Gráfica N° 5.3. Ciclos de operación .................................................................................... 68 
Gráfica N° 5.4. Influencia de la humedad relativa en el tiempo prendido y en el tiempo 
apagado ................................................................................................................................ 69 
Gráfica N° 5.5. Tiempo Prendido vs tiempo Apagado ........................................................ 69 
Gráfica N° 5.6. Volumen obtenido sin control de temperatura ........................................... 70 
Gráfica N° 5.7. Volumen obtenido sin control de temperatura a distintos tiempos ............ 70 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiii 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE ANEXOS 
 
Anexo A. Control de calidad en laboratorio, para el agua condensada ............................. 79 
Anexo B. Tabla de propiedades del refrigerante R-134a .................................................. 80 
Anexo C. Ficha de seguridad del refrigerante R-134a ...................................................... 86 
Anexo D. Planos de construcción ....................................................................................... 92 
Anexo E. Sensores y programación para el controlador Arduino ...................................... 95 
Anexo F. Características técnicas del controlador GAUGE ............................................... 96 
Anexo G. Características técnicas del Higrómetro UNITRED ............................................ 99 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
L 
1 
 
CAPÍTULO 1 
1. INTRODUCCIÓN 
 
1.1 Antecedentes.- 
1.1.1 La crisis mundial del agua.- 
La Tierra, con sus diversas y abundantes formas de vida, alberga a más de 6000 millones 
de seres humanos; el comienzo del siglo veintiuno se enfrenta con una grave crisis del 
agua. Todas las señales indican que la crisis se está empeorando y que continuará 
haciéndolo, a no ser que se emprenda una acción correctiva. 
 
La verdadera tragedia de esta crisis, sin embargo, es su efecto sobre la vida cotidiana de 
las poblaciones pobres, que sufren el peso de las enfermedades relacionadas con el agua, 
viviendo en entornos degradados y a menudo peligrosos, luchando por conseguir una 
educación para sus hijos, por ganarse la vida y por solventar a sus necesidades básicas 
de alimentación. (UNESCO-World Water, 2015) 
 
1.1.2 La crisis del agua en la ciudad de La Paz 
A mediados de noviembre de 2016 en la ciudad de La Paz, se tuvo escases de agua 
potable en distintas zonas de las ciudades de La Paz y el Alto, lo cual genero muchos 
problemas; a continuación se resume un artículo periodístico que reflejo lo sucedido en 
noviembre de 2016: 
 
Por la escasez de agua en Bolivia, un viceministro y un gerente estatal 
llegaron a ser tomados como rehenes por asociaciones vecinales de la 
ciudad de El Alto. 
El presidente Evo Morales decretó la "emergencia nacional" por una 
situación que atribuyó al "cambio climático". "Hay que estar preparados para 
lo peor", dijo Morales al anunciar un decreto que obligará a alcaldías, las 
gobernaciones y Ejecutivo nacional a movilizar recursos de cara a garantizar 
el suministro de agua. 
Protestas, por la mayor crisis de agua que ese país atraviesa en 25 años, 
largos racionamientos provocaron protestas y bloqueos de calles en tres de 
las ciudades más grandes de Bolivia, como La Paz, El Alto y Cochabamba. 
El gobierno ya removió a dos de las autoridades que tienen responsabilidad 
directa en la gestión de los recursos hídricos. Sin embargo la crisis todavía 
no está cerca de solucionarse. 
La escasez de agua potable afecta a cinco de los nueve departamentos del 
país. 
En casi 100 barrios urbanos de La Paz ya van dos semanas de 
racionamiento, que hace que solo se abra el suministro durante 12 horas 
cada tres días. (BBC MUNDO, 2016) 
INTRODUCCIÓN 
 
L 
2 
 
1.2 Planteamiento del problema.- 
 
Por lo expuesto anteriormente es necesario plantear alternativas de solución, ante la 
problemática de falta de agua, esta solución tienen que ser analizada para nuestra ciudad 
y nuestro país. 
 
Desde décadas pasadas se conoce conceptos, de que en el aire una pequeña- cantidad 
es agua, la cual puede ser aprovechada utilizando equipos para lograr la condensación del 
agua. 
 
El estudio necesario y los conocimientos requeridos fueron aprendidos en la carrera de 
Ingeniería Química, como ser los conocimientos de: Balance de materia, Termodinámica, 
Transferencia de calor, Control automático, Diseño experimental; los que serán aplicados 
para la solución de este problema. 
 
 
1.3 Objetivos. 
1.3.1 Objetivo General.- 
 Obtener agua para uso doméstico a partir de aire atmosférico, construyendo para 
ello un equipo. 
 
1.3.2 Objetivos Específico.- 
 Obtenerparámetros de diseño de un condensador agua a partir del aire 
atmosférico, a condiciones ambientales de la ciudad de La Paz - Bolivia. 
 Construir el equipo de condensación, utilizando un sistema de refrigeración por 
compresión mecánica. 
 Determinar condiciones de operación del equipo condensador de aire atmosférico. 
 Obtener el costo por litro de agua producida. 
 Determinar la calidad del agua obtenida. 
 
1.4 Justificación. 
1.4.1 Justificación Académica.- 
En el aire atmosférico se encuentra cierta cantidad de agua, el cual es aprovechable; dicha 
cantidad es determinada por la humedad relativa. 
La condensación del vapor de agua puede lograr induciendo la temperatura de rocío, para 
ello se utilizara conceptos de Termodinámica, Balance de materia y energía, además de 
Operaciones de transferencia de calor. 
 
1.4.2 Justificación Técnica.- 
Actualmente en el mercado se puede encontrar distintas piezas y repuestos para 
refrigeradores domésticos, los cuales serán utilizados para la construcción del equipo 
condensador de aire atmosférico. 
INTRODUCCIÓN 
 
L 
3 
 
1.4.3 Justificación Económica.- 
En el país existen poblaciones distantes las cuales no cuentan con acceso a una red de 
tuberías de agua potable; implementar la red de tuberías sería un costo, lo cual se ahorrará 
con este equipo ya que se puede instalar en cualquier lugar del país. 
 
1.4.4 Justificación Social.- 
El agua es uno de los recursos más importantes para el desarrollo de la vida, con ella se 
garantiza la disponibilidad y la preparación de los alimentos, la higiene personal y muchos 
otros procesos productivos más, siendo por tanto la salud y alimentación los más 
importantes. 
 
1.4.5 Justificación Ambiental.- 
Al obtener agua a partir de aire atmosférico se evita desviar cauces naturales, contaminar 
aguas subterráneas y con ello agotar fuentes; ya que con este proyecto se obtendrá agua 
desde una fuente abundante, el aire atmosférico. 
 
1.5 Estado actual de la investigación. 
1.5.1 Nivel Nacional.- 
 Facultad de Ciencias Puras y Naturales 
No se encontró proyectos similares. 
 
 Facultad Tecnológica 
No se encontró proyectos similares. 
 
 Facultad de Ingeniería 
Se tiene un proyecto presentado en la 2da feria de ciencias, tecnología e ingeniería del año 
2018. El equipo es presentado por José Luis Chambi Rodríguez; este equipo tiene un 
evaporador adquirido con aletas (diferente al presente proyecto). 
El equipo de José Luis Chambi Rodríguez puede condensar a condiciones ambientales de 
la ciudad La Paz de temperatura 18.1°C y humedad relativa de 41.6% un volumen de 55 ml 
en una hora de operación, en 24 horas de operación obtiene 1300 ml de agua condensada 
del aire. 
 
1.5.2 Internacional.- 
Desde la década de los 90 se cuenta con registros de máquinas que producen agua a 
partir del aire atmosférico, a continuación se los nombrara en orden cronológico: 
 1997 
El francés Marc Parent, construye su molino de viento “Aire - Agua”, el equipo es similar 
a una torre eólica, este aspira aire atmosférico pasa el por intercambiares de calor para 
producir agua condensada. Este equipo produce 70 litros de agua al día. (OMPI, 2010) 
INTRODUCCIÓN 
 
L 
4 
 
 2008 
En la ciudad de México se realizó el estudio y construcción de un prototipo llamado 
“Higroiman CP-HI-03”, este consta de un sistema de refrigeración por compresión 
mecánica, en este el frio es disipado en una aleta extendida hacia el medio ambiente. Este 
equipo produce 1.9 litros en un tiempo de 9 horas (Tovar, 2008) 
 
 2014 
En Chile el Ingeniero Forestal Héctor Pino, replico el ciclo natural del agua con su equipo 
denominado “Fresh Water”, el equipo utiliza un sistema de refrigeración por compresión 
mecánica, para su facilidad en transporte tiene la forma cilíndrica. El equipo fue probado 
en la ciudad de Atacama Chile, donde logró producir entre 8 y 28 litros al día. 
(FUNDACION CHILE, 2014) 
 
 
 
 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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5 
 
CAPÍTULO 2 
2. FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
 
2.1 Agua.- 
2.1.1 Estructura química del Agua.- 
 
La molécula de agua esta ordenada el espacio según un tetraedro irregular, con el átomo 
de oxigeno situado en el centro y los dos enlaces con los átomos de hidrogeno dirigidos 
hacia los vértices del tetraedro. 
 
Figura N° 2.1. Estructura química del Agua 
 
 
Fuente: (Teijón, 2006) 
 
El comportamiento especial del agua de fundamenta en la estructura de las moléculas y la 
naturaleza de los enlaces que las mantiene unidas. 
 
Los enlaces que unen las moléculas entre si son enlaces de hidrogeno, los cuales son 
débiles y de naturaleza electrostática. Como consecuencia de la afinidad que tiene el átomo 
de oxigeno por los electrones, atrae los correspondientes de los átomos de hidrogeno 
formando un dipolo eléctrico, ya que la región correspondiente al oxígeno queda cargada 
negativamente y la del hidrogeno positivamente. 
 
Los enlaces de hidrogeno se originan por la atracción electrostática entre la parte negativa 
de una molécula y la positiva de otra molécula adyacente que tienen uno o más átomos de 
hidrogeno unidos a átomos de elevada electronegatividad. 
 
La ordenación tetraédrica de los electrones alrededor del átomo de oxigeno permite que 
cada molécula se pueda unir mediante enlaces de hidrogeno a otras cuatro moléculas 
vecinas, produciéndose como consecuencia una elevada cohesión interna que es la base 
de sus propiedades. (Teijón, 2006) 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
6 
 
2.1.2 Importancia del Agua 
 
El agua por su uso es importante para: 
 La alimentación: agricultura. 
 La salud y aseo. 
 La industria: producción de energía, fábricas de todo tipo. 
 El clima, ayuda a mantener estable la temperatura de la tierra. 
 
El agua dulce se usa para la agricultura en un 70 %, 15% en la industria y el otro 15% para 
el uso doméstico. 
 
El agua es importante para la vida 
Como prioridad el agua es importante para la vida, ya que es la molécula más importante 
y necesaria para los seres vivos, constituye entre el 50% y el 95% del peso de cualquier 
sistema vivo. 
 
En el ser humano alrededor del 70 % del cuerpo está constituido por agua, por lo cual se 
recomienda que el ser humano debe consumir de 1.9 a 2.5 litros diarios de agua en su 
alimentación. Algunos beneficios en el cuerpo humano son los siguientes: 
1) Regula la temperatura del cuerpo. 
2) Protege los tejidos, la medula espinal y las articulaciones. 
3) Ayuda eliminar desechos a través de la transpiración. 
4) Contribuye a mejorar el rendimiento físico afectando la fuerza y resistencia en una 
jornada laboral. 
5) Mejora la circulación sanguínea y el correcto transporte del oxígeno. 
6) Previene la deshidratación y los problemas que ello conlleva, tales como 
insuficiencia renal. 
 
Aunque parezca que llueve a menudo y que disponemos de forma gratuita e ilimitada del 
agua es todo lo contrario; la tierra está cada vez más caliente, la desertización va creciendo 
en zonas que antes gozaban de ríos y pantanos, y la imposibilidad de poder cultivar y regar 
la tierra se está convirtiendo en el principal problema de hambre a nivel mundial. 
 
 
2.1.3 Agua disponible en el mundo.- 
 
Aunque el agua es el elemento más frecuente en la Tierra, únicamente 2,53% del total es 
agua dulce y el resto es agua salada. Aproximadamente las dos terceras partes del agua 
dulce se encuentran inmovilizadas en glaciares y al abrigo de nieves perpetuas. El agua 
dulce disponible se distribuye regionalmente tal como se indica en la Tabla 2.1. 
 
A la cantidad natural de agua dulce existente en lagos, ríos y acuíferos se agregan los 
8.000 kilómetros cúbicos (km3) almacenados en embalses. Los recursos hídricos son 
renovables (excepto ciertas aguas subterráneas), con enormes diferencias de 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
7 
 
disponibilidad y amplias variaciones de precipitación estacional y anual en diferentes partes 
del mundo. 
 
La precipitación constituye la principal fuentede agua para todos los usos humanos y 
ecosistemas. Esta precipitación es recogida por las plantas y el suelo, se evapora en la 
atmósfera mediante la evapotranspiración y corre hasta el mar a través de los ríos o hasta 
los lagos y humedales. (UNESCO-World Water, 2015) 
 
Tabla N° 2.1. Cantidades de agua en el mundo. 
 
Fuente: (UNESCO-World Water, 2015) 
 
 
2.1.4 Ciclo del agua.- 
 
Figura N° 2.2. Ciclo del agua 
 
 
Fuente: (Survey, 2018) 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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8 
 
El ciclo del agua no se inicia en un lugar específico, pero para esta explicación asumimos 
que comienza en los océanos. El sol, que dirige el ciclo del agua, calienta el agua de los 
océanos, la cual se evapora hacia el aire como vapor de agua. Corrientes ascendentes de 
aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, donde la menor temperatura 
causa que el vapor de agua se condense y forme las nubes. Las corrientes de aire mueven 
las nubes sobre el globo, las partículas de nube colisionan, crecen y caen en forma de 
precipitación. Parte de esta precipitación cae en forma de nieve, y se acumula en capas de 
hielo y en los glaciares, los cuales pueden almacenar agua congelada por millones de años. 
En los climas más cálidos, la nieve acumulada se funde y derrite cuando llega la primavera. 
La nieve derretida corre sobre la superficie del terreno como agua de deshielo y a veces 
provoca inundaciones. La mayor parte de la precipitación cae en los océanos o sobre la 
tierra, donde, debido a la gravedad, corre sobre la superficie como escorrentía superficial. 
Una parte de esta escorrentía alcanza los ríos en las depresiones del terreno; en la corriente 
de los ríos el agua se transporta de vuelta a los océanos. El agua de escorrentía y el agua 
subterránea que brota hacia la superficie, se acumula y almacena en los lagos de agua 
dulce. No toda el agua de lluvia fluye hacia los ríos, una gran parte es absorbida por el suelo 
como infiltración. Parte de esta agua permanece en las capas superiores del suelo, y vuelve 
a los cuerpos de agua y a los océanos como descarga de agua subterránea. Otra parte del 
agua subterránea encuentra aperturas en la superficie terrestre y emerge como manantiales 
de agua dulce. El agua subterránea que se encuentra a poca profundidad, es tomada por 
las raíces de las plantas y transpirada a través de la superficie de las hojas, regresando a 
la atmósfera. Otra parte del agua infiltrada alcanza las capas más profundas de suelo y 
recarga los acuíferos (roca subsuperficial saturada), los cuales almacenan grandes 
cantidades de agua dulce por largos períodos de tiempo. A lo largo del tiempo, esta agua 
continua moviéndose, parte de ella retornará a los océanos, donde el ciclo del agua se 
"scierra" y comienza nuevamente. (Survey, 2018) 
 
 
2.1.5 Norma Boliviana de calidad para el Agua potable.- 
 
Se define agua potable al agua que puede ser consumida sin restricción ya que por sus 
características organolépticas, físico-químicas, microbiológicas y radiactivas, se considera 
apta para el consumo humano y que cumple con lo establecido en la NB 512. 
 
Según el Reglamento para el control de calidad del agua para el consumo humano NB 512 
se miden parámetros de: Control Mínimo, Control Básico y por último Control 
Complementario: 
 
 Parámetros de Control Mínimo 
Los parámetros de Control Mínimo de la calidad del agua para consumo humano 
que deben realizar, se presentan en la Tabla Nº 2.2. 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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9 
 
 
Tabla N° 2.2. Parámetros de control Mínimo 
 
 
Fuente: (Instituto Boliviano de Normalizacion y Calidad, 2005) 
 
 
 Parámetros de Control Básico 
Los parámetros de Control Básico de la calidad del agua para consumo humano 
que deben realizar, se presentan en la Tabla Nº 2.3 
 
Tabla N° 2.3. Parámetros de control Básico 
 
 
Fuente: (Instituto Boliviano de Normalizacion y Calidad, 2005) 
 
 Parámetros de Control Complementario 
Los parámetros de Control Complementario de la calidad del agua para consumo 
humano que deben realizar, se presentan en la Tabla Nº 2.4. 
 
Tabla N° 2.4. Parámetros de control Complementario 
 
 
 
 
 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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10 
 
 
 
 
Fuente: (Instituto Boliviano de Normalizacion y Calidad, 2005) 
 
 
2.2 Aire.- 
 
Es una mezcla homogénea de gases que constituye la atmósfera terrestre, que 
permanecen alrededor del planeta por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial 
para la vida en el planeta y transparente a simple vista. 
 
2.2.1 Composición del Aire atmosférico.- 
 
El aire atmosférico es una mezcla de gases, cuya composición en la homósfera (altitud 0 – 
100 km) es prácticamente constante, a excepción del contenido en humedad, que varía 
entre el 0.1 al 10% en volumen, y del contenido en dióxido de carbono que, debido a la 
intensiva explotación de los combustibles fósiles, ha ido aumentando en estas décadas. 
(Casals, 2006) 
 
 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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11 
 
 
Tabla N° 2.5. Composición del Aire Atmosférico. 
 
Fuente: (Casals, 2006) 
 
2.3 Psicrometría.- 
La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas del aire húmedo, considerado 
como la mezcla de aire seco y vapor de agua. 
 
En el estudio de psicrometría es importante conocer sus componentes: volumen especifico 
del aire seco, calor específico del aire seco, temperatura del aire seco y las propiedades 
de vapor de agua: humedad absoluta, humedad relativa, temperatura de bulbo húmedo y 
temperatura de roció. 
 
La psicrometría resulta útil en el diseño de sistemas de almacenamiento y procesado de 
alimentos, teniendo en cuenta los tipos de procesos de acondicionamiento del aire. Las 
aplicaciones que se asocian al sistema aire-vapor de agua, debido a su utilización en la 
calefacción, ventilación y aire acondicionado y la meteorología. 
 
 
2.4 Variables Psicrométricas.- 
 
2.4.1 Humedad Absoluta.- 
 
Humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire no saturado, a una 
temperatura cualquiera. La concentración de humedad en el aire, se la expresa en términos 
de relación molar o relación másica. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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12 
 
Sea A, el vapor de agua en el aire y B el aire seco. Dado que la presión ambiental (PT) es 
baja, puede considerarse al aire como un gas ideal, de esta manera se tendrá las siguientes 
relaciones: 
 
AT
A
B
A
B
A
m
PP
P
P
P
y
y
Y

 ;(mol A/mol B) relación molar……….………(2.1) 
 
B
A
AT
A
m
M
M
PP
P
Y 






 ; (Kg A/Kg B) relación másica…...………....(2.2) 
 
Donde: 
PA: presión parcial del vapor de agua. 
PB: presión parcial del aire seco. 
PT: presión ambiental. 
MA y MB: peso molecular del agua y del aire seco respectivamente. 
 
 
2.4.2 Humedad Relativa.- 
Humedad relativa o grado higrométrico es la relación entre la cantidad de vapor de agua 
que contiene el aire y la máxima que pueda contener, expresándose esta última en tanto 
por ciento. (Creus, 1998) 
 𝜌 = 𝑃𝑣𝑃𝑣∗ . 100% …………………………………..………………………..… (2.3) 
 
Donde: 𝜌 : Humedad relativa del aire. [%] 𝑃𝑣: Presión de vapor del agua a una temperatura [mmHg] 𝑃𝑣: Presión de vapor saturada del agua a una temperatura [mmHg] 
 
Así, el aire estará saturado si  toma el valor 1. 
 
Reemplazando PA de la ecuación (2.3) en la ecuación (2.2): 
 
B
A
AT
A
M
M
PP
Pv
Y 









………………………………….………………… (2.4) 
 
Puede verse claramente que la humedad absoluta, depende de la presión ambiental, de la 
temperatura y del grado de saturación. 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
13 
 
2.4.3 Temperatura de Rocío.- 
Es la temperatura a la cual se satura el aire húmedo (hr=100%), cuando se enfría a presión 
constante. 
 
2.4.4 Temperatura de Bulbo húmedo.- 
Es la lectura de temperatura en un termómetro cuyo bulbo está envuelto con una mecha 
saturada con agua e inmerso en una corriente de aire húmedo. 
 
Figura N° 2.3. Temperatura de bulbo húmedo o temperatura húmeda del aire. 
 
Fuente: Elaboración PropiaLa película del aire que rodea a la pequeña cantidad de agua, entrega calor sensible al 
líquido, por lo que la temperatura de esta película desciende y como el agua está en 
contacto con dicha película, la temperatura del agua también ira descendiendo. 
 
2.4.5 Entalpia especifica.- 
La entalpia especifica del aire puede establecerse en unidades de energía/Kg (A+B) o e 
unidades de energía/Kg B. Esta última es preferida para fines de diseño de procesos, el 
cual se manifiesta en la siguiente ecuación: 
 
  YTTCsHG 00
 ; (Energía/Kg B)…………………..………….(2.5) 
AB CpYCpCs  ; (Energía/°C Kg B)……….…….….……….. (2.6) 
 
Donde: 
Cs: Calor especifico del aire húmedo (energía/°C Kg B). 
T0: Temperatura de referencia (0 °C). 
λ0: Calor latente del agua a T0 (energía/Kg A). 
CpA: Calor especifico del vapor de agua. 
CpB: Calor especifico del aire. 
 
2.4.6 Volumen húmedo.- 
Se define al volumen húmedo, como el volumen ocupado por el aire húmedo por cada kg 
de aire seco. Matemáticamente se la define de la siguiente manera: 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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14 
 
 
T
h
P
RTY
V 




 
1829
1
 ; (m3 (A+B)/Kg B)………….…… ………….…… (2.7) 
 
Donde: 
R: Constante universal de los gases. 
T: Temperatura absoluta. 
 
 
2.4.7 Diagrama Psicrométrico 
En un diagrama psicrométrico o de humedad se hacen graficas cruzadas de diversas 
propiedades de una mezcla de gas – vapor, por lo cual constituye una recopilación concisa 
de gran cantidad de datos de propiedades físicas. El más común es el sistema aire agua a 
1 atm, se utiliza en forma extensa para analizar procesos de humidificación, secado y 
acondicionado de aire. 
 
Figura N° 2.4. Diagrama Psicrométrico 
 
 
Fuente: (R.Felder-R.Rousseau, 2004) 
 
La figura 2.4 muestra un diagrama psicrométrico en unidades SI para el sistema agua a 1 
atm. Los siguientes párrafos definen y describen las diferentes propiedades del aire 
húmedo a 1 atm que aparecen en el diagrama psicométrico. 
Una vez que se conocen dos valores cualesquiera de estas propiedades, se puede 
emplear el diagrama para determinar los valores de las demás. 
1) Temperatura de bulbo seco, T – la abscisa del diagrama. 
2) Humedad absoluta, ha – es la ordenada del diagrama [kg agua (V) kg DA] 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
15 
 
3) Humedad relativa, hr [%] – son las curvas. La curva que forma el limite izquierdo del 
diagrama es la curva es la curva de 100% de humedad relativa, que también se 
conoce como curva de saturación. 
4) Punto de rocío Tpr. 
5) Volumen húmedo vh [m3/kg DA] 
6) Temperatura de bulbo húmedo, Tbh. 
7) Entalpia especifica del aire saturado, línea diagonal. 
 
2.5 Transferencia de Calor.- 
Se define calor como la forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro 
como resultado de la diferencia de temperatura. 
 
La transferencia de energía como calor siempre se produce del medio que tiene la 
temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja, y la transferencia de calor se 
detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura. 
 
El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y 
radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una 
diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee la temperatura más 
elevada hacia uno de temperatura más baja. Enseguida se da una breve descripción de 
cada modo. 
 
El calor puede transmitirse detrás distintas maneras: radiación, convección y conducción. 
 
Figura N° 2.5. Transmisión de calor 
 
 
Fuente: (Cengel, TRANSFERENCIA DE CALOR, 2004) 
 
2.5.1 Transferencia de calor por Conducción.- 
 
La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una 
sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre 
esas partículas. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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16 
 
La conducción puede tener lugar en los sólidos, líquidos o gases. En los gases y líquidos 
la conducción se debe a las colisiones y a la difusión de las moléculas durante su 
movimiento aleatorio. En los sólidos se debe a la combinación de las vibraciones de las 
moléculas en una retícula y al transporte de energía por parte de los electrones libres. Por 
ejemplo, llegará el momento en que una bebida enlatada fría en un cuarto cálido se caliente 
hasta la temperatura ambiente como resultado de la transferencia de calor por conducción, 
del cuarto hacia la bebida, a través del aluminio. 
 
La rapidez o razón de la conducción de calor a través de un medio depende de la 
configuración geométrica de éste, su espesor y el material de que esté hecho, así como de 
la diferencia de temperatura a través de él. 
 
Se concluye que la razón de la conducción de calor a través de una capa plana es 
proporcional a la diferencia de temperatura a través qe ésta y al área de transferencia de 
calor, pero es inversamente proporcional al espesor de esa capa; es decir 
 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = ̇ − 𝑘𝐴 𝑑𝑇𝑑𝑥 ……………………………………………….………… (2.8) 
 
 
A la cual se llama ley de Fourier de la conducción del calor, en honor de J. Fourier, quien 
la expresó por primera vez en su texto sobre transferencia de calor en 1822. Aquí, dT/dx 
es el gradiente de temperatura, el cual es la pendiente de la curva de temperatura en un 
diagrama T-x (la razón de cambio de T con respecto a x), en la ubicación x. En donde la 
constante de proporcionalidad k es la conductividad térmica del material, que es una 
medida de la capacidad de un material para conducir calor. 
 
La relación antes dada indica que la razón de conducción del calor en una dirección es 
proporcional al gradiente de temperatura en esa dirección. 
 
El calor es conducido en la dirección de la temperatura decreciente y el gradiente de 
temperatura se vuelve negativo cuando esta última decrece al crecer x. El signo negativo 
en la ecuación garantiza que la transferencia de calor en la dirección x positiva sea una 
cantidad positiva. 
 
El área A de transferencia de calor siempre es normal (o perpendicular) a la dirección de 
esa transferencia. (Cengel, TRANSFERENCIA DE CALOR, 2004) 
 
 
Conducción de calor en tuberías 
 
La transferencia de calor a través del tubo depende sólo de una dirección (la dirección r 
radial) y se puede expresar como T = T(r). La temperatura es independiente del ángulo 
azimutalo de la distancia axial. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
17 
 
Figura N° 2.6. Conducción de calor en tuberías 
 
 
Fuente: (Cengel, TRANSFERENCIA DE CALOR, 2004) 
 
Una capa cilíndrica larga (como un tubo circular) de radio interior r1, radio exterior r2, 
longitud L y conductividad térmica promedio k. Las dos superficies de la capa cilíndrica se 
mantienen a las temperaturas constantes TI y T2. No hay generación de calor en la capa y 
la conductividad térmica es constante. Para una conducción de calor unidimensional a 
través de la capa cilíndrica, se tiene T(r). Entonces la ley de Fourier de la conducción del 
calor para la transferencia de calor a través de la capa cilíndrica se puede expresar como: 
 
 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑,𝑐𝑖𝑙 = ̇ − 𝑘𝐴 𝑑𝑇𝑑𝑟 …………………...………………………………….….(2.9) 
 
En donde 𝐴 = 2𝜋 ∗ 𝑟 ∗ 𝐿 es el área de transferencia en la ubicación r. 
A depende de r y, en consecuencia, varía en la dirección de la transferencia de calor. 
 
Al separar las variables de la ecuación antes dada e integrar desde r =r1, donde T(r1) = T1 
hasta r = r2 en donde T(r2) = T2, dando: 
 
 ∫ 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑,𝑐𝑖𝑙�̇� 𝑑𝑟𝑟2𝑟1 = − ∫ 𝑘 𝑑𝑇𝑇2𝑇1 ………………………….…………………… (2.10) 
 
 
Al sustituir 𝐴 = 2𝜋 ∗ 𝑟 ∗ 𝐿 y realizar la integración tenemos: 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑,𝑐𝑖𝑙̇ = 2𝜋𝐿𝑘 𝑇1−𝑇2ln (𝑟2/𝑟1) ……………………………………………………(2.11) 
 
Dado que 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑,𝑐𝑖𝑙 = constante. Esta ecuación se puede reacomodar para que quede: 
 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑,𝑐𝑖𝑙̇ = 𝑇1−𝑇2𝑅𝑐𝑖𝑙 …………………….……………………………………… (2.12) 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
18 
 
𝑅𝑐𝑖𝑙: es la resistencia térmica de la capa cilíndrica contra la conducción de calor o, 
simplemente, la resistenciaa la conducción de la capa cilíndrica. 
 𝑅𝑐𝑖𝑙 = 𝑙𝑛 (𝑟2/𝑟1)2𝜋𝐿𝑘 ……………..……………………………………………… (2.13) 
 
 
2.5.2 Transferencia de calor por Convección.- 
 
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el 
líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los efectos combinados 
de la conducción y el movimiento de fluidos. 
 
Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por 
convección. En ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, la transferencia de 
calor entre una superficie sólida y el fluido adyacente es por conducción pura. La presencia 
de movimiento masivo del fluido acrecienta la transferencia de calor entre la superficie 
sólida y el fluido, pero también complica la determinación de las razones de esa 
transferencia. 
 
 A pesar de la complejidad de la convección, se observa que la rapidez de la transferencia 
de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa en 
forma conveniente por la ley de Newton del enfriamiento como: 
 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = ̇ ℎ ∗ 𝐴𝑆 ∗ (𝑇𝑆 − 𝑇∞) …………………………………….…..… (2.14) 
 
En donde h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, en W/m2°C, 𝐴𝑆 es 
el área superficial a través de la cual tiene lugar la transferencia de calor por convección, 𝑇𝑆 es la temperatura de la superficie y 𝑇∞ es la temperatura del fluido suficientemente 
alejado de esta superficie. Note que en la superficie la temperatura del fluido es igual a la 
del sólido. 
 
El coeficiente de transferencia de calor por convección h no es una propiedad del fluido. 
Es un parámetro que se determina en forma experimental y cuyo valor depende de todas 
las variables que influyen sobre la convección, como la configuración geométrica de la 
superficie, la naturaleza del movimiento del fluido, las propiedades de éste y la velocidad 
masiva del mismo. 
 
Algunos no consideran a la convección como un mecanismo fundamental de transferencia 
del calor ya que, en esencia, es conducción de calor en presencia de un movimiento de 
fluido. Pero todavía se necesita dar un nombre a este fenómeno combinado, a menos que 
se desee seguir refiriéndose a él como "conducción con movimiento de fluido". Por tanto, 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
19 
 
resulta práctico reconocer a la convección como un mecanismo separado de transferencia 
del calor, a pesar de los argumentos válidos en contra. 
 
 
Convección natural y convección forzada 
 
La convección se clasifica como convección natural (o libre) y forzada, dependiendo de la 
manera en que se inicia el movimiento del fluido. 
 
En la convección forzada se obliga a que el fluido fluya sobre una superficie o en un tubo 
por medios externos, como una bomba o un ventilador. 
 
En la convección natural, cualquier movimiento del fluido es causado por medios naturales, 
como el efecto de flotación, el cual se manifiesta como la subida del fluido caliente y la 
caída del fluido frío. La convección también se clasifica como externa e interna, 
dependiendo de si se obliga al fluido a fluir sobre una superficie o en un tubo. 
 
 
Figura N° 2.7. Convección natural y convección forzada 
 
Fuente: (Cengel, TRANSFERENCIA DE CALOR, 2004) 
 
 
Convección forzada en tuberías 
 
Las discusiones anteriores acerca de los coeficientes de transferencia de calor locales 
proporcionan una visión muy profunda; sin embargo, tienen poco valor en los cálculos de 
transferencia de calor, ya que en éstos se requiere el coeficiente de transferencia de calor 
promedio sobre toda la superficie. De las varias relaciones de ese tipo de las que se 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
20 
 
dispone en la literatura para el número de Nusselt promedio en lo relativo al flujo cruzado 
sobre un cilindro, se presenta la propuesta por Churchill y Bernstein: 
 𝑁𝑢 = 0.3 + 0.62∗𝑅𝑒1/2 ∗𝑃𝑟1/3 [1+(0.4Pr)2/3]1/4 ∗ [1 + ( 𝑅𝑒282000)5/8]4/5
……..………… (2.15) 
 
 
Esta relación es bastante completa en el sentido de que correlaciona bien los datos de los 
que se dispone para Re Pr > 0.2. Las propiedades del fluido se evalúan a la temperatura 
de película Tf = (1/2)(Too + Ts), la cual es el promedio de las temperaturas de la corriente 
libre y de la superficie. 
 
El número de Nusselt promedio para los flujos a través de cilindros se puede expresar en 
forma compacta como: 𝑁𝑢𝑐𝑖𝑙 = ℎ𝑐𝑣∗𝐷𝑘 ……………………………………………..……………..… (2.16) 
 
Numero de Reynolds 𝑅𝑒 = 𝑉𝑒𝑙∗𝑑𝑒𝑣𝐴𝑖𝑟𝑒 ……………………………………………………….…………..(2.17) 
 
Resistencia por convección 
 𝑅𝐶𝑉 = 1ℎ𝐶𝑉∗ 𝐴𝑒………....………………………………………….…………..(2.18) 
 
 
 
2.5.3 Coeficiente global de transferencia de Calor 
 
En intercambiadores de calor tubulares, se define el coeficiente global de transferencia de 
calor “U”, que agrupa las resistencias térmicas: 𝑈 = 1𝐴∗(𝑅𝐾−𝐶𝑜𝑏𝑟𝑒+ 𝑅𝐶𝑉)………………………………………….….…………..(2.19) 
 
La transferencia de calor, relacionada con el coeficiente global de transferencia se tiene: 𝑄 = ̇ 𝑈 ∗ 𝐴𝑆 ∗ (𝐷𝑀𝑇𝐿) …………………………………..….….…………..(2.20) 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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21 
 
Diferencia media de temperatura logarítmica DMTL 𝐷𝑀𝑇𝐿 = 𝛥𝑇1−𝛥𝑇2ln(𝛥𝑇1/𝛥𝑇2) ……………………………………….….…………..(2.21) 
 
2.5.4 Calor Sensible. 
 
Es la energía calorífica que suministrada a un cuerpo o un objeto, hace que aumente su 
temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su Fase. 
 
En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para 
calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la 
diferencia de temperaturas. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de calor 
específico. 
 𝑄𝑠 = 𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ (𝑇2 − 𝑇1) ………………………………………………..… (2.22) 
 𝑄𝑠 = ℎ2 − ℎ1……………………..……………………………………...… (2.23) 
 
Para aumentar la temperatura de un cuerpo hace falta aplicarle una cierta cantidad de calor 
(energía). La cantidad de calor aplicada en relación con la diferencia de temperatura que 
se logre depende del calor específico del cuerpo, que es distinto para cada sustancia. 
 
 
2.5.5 Calor Latente. 
 
El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, 
de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe 
tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no 
para un aumento de la temperatura. 𝑄𝜆 = 𝑚 ∗ 𝜆 ………………………………………………………………..… (2.24) 
 
Antiguamente se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusión o de 
vaporización. Latente, en latín, quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no 
notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de 
añadir calor), este se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía 
que el calor era una sustancia fluida denominada calórico. Por el contrario, el calor que se 
aplica cuando la sustancia no cambia de fase y aumenta la temperatura, se llama calor 
sensible. 
 
Esta cualidad se utiliza en refrigeración, en bombas de calor y es el principio por el que el 
sudor enfría el cuerpo. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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22 
 
2.6 Volumen teórico de agua condensada.- 
El agua se condensa debido a un cambio de energía, esta cantidad de energía está 
disponible mediante un equipo. 
Figura N° 2.8. Cambios de fase del agua para el proceso 
 
Fuente: Elaboración Propia 
 
Para poder calcular el volumen teorico de agua que se puede condensar, se anañiza la 
Figura N° 2.8, de donde se tiene: 
 
 Q1: Calor Sensible - Enfriamiento desde Temperatura ambiente hasta 0 °C 
 Q2: Calor latente de congelamiento 
 Q3: Calor Sensible – Enfriamiento desde Temperatura de 0° a Trefrigerante 
 
 Sumatoria de los calores: 
 𝑄𝑇 = 𝑄𝑆1 + 𝑄𝐿 + 𝑄𝑆2 ……………………………………………………….....… (2.25) 
 
 Cantidad de calor que ofrece el equipo: 
 𝑄𝐸𝑉 = 𝑞𝐸𝑉 ∗ 𝑚𝑅𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 …………………………………………………..…….. (2.26) 
 
 Igualando ambos términos: 𝑄𝐸𝑉 = 𝑄𝑇 ………………………………………………………………..……….....(2.27) 
 
 Para un tiempo: 𝑽𝑨𝒈𝒖𝒂 𝑻𝑬𝑶𝑹𝑰𝑪𝑶 = 𝑚𝐴𝑔𝑢𝑎̇ ∗ 𝜌 ∗ 𝑡………………………………………………….… (2.28) 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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23 
 
2.6.1 Rendimiento para la condensación de agua.- 
Es la comparación porcentual entre la cantidad práctica y la cantidad teórica de agua, que 
se condensa en un determinado tiempo, así se tiene: 
 %𝑅 = 𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑅𝐸𝐴𝐿𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 ∗ 100% ………………………………………………………………..… (2.29) 
 
2.7 Máquina frigorífica por Compresión mecánica.- 
Una máquina frigorífica por compresión tiene por cometido desplazar energía térmica en 
forma de calor. La más sencilla de ellas es la refrigeración por compresión mecánica de 
una etapa. 
 
Figura N° 2.9. Ciclo de refrigeración por compresión mecánica 
 
 
Fuente: (Cengel, TERMODINAMICA, 2009) 
 
En el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, el refrigerante entra al compresor 
como vapor saturado y se comprime hasta la presión del condensador. La temperatura del 
refrigerante aumenta durante el proceso de compresión, hasta un valor bastante superior 
al de la temperatura del medio circundante. Después el refrigerante entra en el 
condensador como vapor sobrecalentado y sale como liquido saturado, como resultado 
del rechazo de calor hacia los alrededores. 
El refrigerante líquido saturado se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarlo 
por una válvula de expansión o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante 
desciende durante este proceso. El refrigerante entra al evaporador como vapor húmedo 
y se evapora por completo absorbiendo calor. El refrigerante sale del evaporador como 
vapor saturado y vuelve a entrar al compresor, completando el ciclo. (Cengel, 
TERMODINAMICA, 2009) 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
24 
 
Por tanto el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, se compone de cuatro 
procesos: 
 1-2 Compresión isoentrópica en un compresor. 
 2-3 Rechazo de calor a presión constante en un condensador. 
 3-4 Estrangulamiento en un dispositivo de expansión. 
 4-1 Absorción de calor a presión constante en un evaporador. 
 
Los equipos necesarios para realizar la refrigeración por compresión mecánica son el 
compresor, condensador, dispositivo de expansión y por ultimo un evaporador. A 
continuación se describe cada uno: 
 
2.7.1 Compresor.- 
Es un mecanismo de compresión volumétrica, o de reducción progresiva de volumen, 
basado en sistemas rotativos o alternativos. 
 
Su función es hacer circular el fluido refrigerante dentro del circuito, luego aspirarlo en el 
estado de gas del evaporador y comprimirlo, aumentando su presión, hacia el 
condensador. 
 
El consumo eléctrico de un compresor será tanto mayor cuanto mayor es la diferencia entre 
las dos presiones a las que trabaja. Es esencial que el refrigerante en la entrada al 
compresor esté en el estado gaseoso ya que los líquidos son notoriamente incompresibles. 
El compresor se activa cuando se demanda a la máquina la producción de frío, por medio 
de sistemas termostáticos. 
 
Figura N° 2.10. Compresor 
 
 
Fuente: (Creus, 1998) 
 
2.7.2 Condensador.- 
Es un intercambiador de calor análogo al evaporador, de dimensiones ligeramente más 
generosas también en forma de batería aleteada, placas o haz tubular. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
25 
 
Permite el intercambio de energía entre el aire exterior (o agua en su caso) forzado por 
medio de ventiladores y el refrigerante en forma de gas caliente en la salida hacia el 
compresor. El refrigerante se enfriará, condensará a temperatura y presión prácticamente 
constantes y a continuación sufrirá un ligero sub enfriamiento. En la salida, por lo tanto, 
tendremos refrigerante líquido a alta presión y temperatura ligeramente inferior a la 
temperatura de condensación. 
 
Figura N° 2.11. Condensador espiral 
 
 
Fuente: (Creus, 1998) 
 
 
2.7.3 Dispositivo de expansión.- 
 
Está constituido por un orificio calibrado, un tubo capilar de diámetro reducido o una válvula 
de regulación de tipo mecánico o motorizada controlada por microprocesador. 
 
El estrechamiento creado por el órgano de laminación permite reducir la presión del 
refrigerante líquido procedente del condensador sin ningún intercambio de energía. 
 
Aprovecha el principio de Bernoulli según el cual, por medio de una restricción, la velocidad 
del fluido aumenta notablemente causando una disminución de presión con una relativa 
disminución de temperatura. De esta forma el refrigerante líquido vuelve a baja presión y 
baja temperatura listo para evaporar nuevamente y repetir el ciclo descrito anteriormente 
 
Figura N° 2.12. Tubo capilar 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
L 
26 
 
 
Fuente: (Creus, 1998) 
2.7.4 Evaporador.- 
Es un intercambiador de calor similar a un radiador en caso de uso con aire (serpentín 
aleteado) o más compacto en caso de uso con agua (placas, haz tubular); permite el 
intercambio de energía por conducción entre el refrigerante que se evapora pasando de 
líquido a gas y el aire (o el agua) que se enfría. La evaporación se produce a presión y 
temperatura prácticamente constantes salvo alguna pérdida de carga. El refrigerante en la 
salida será un gas recalentado con una temperatura ligeramente superior a la de 
evaporación. 
 
Figura N° 2.13. Evaporador 
 
Fuente: (Creus, 1998) 
 
 
2.7.5 Coeficiente de desempeño COP.- 
El desempeño de refrigeradores se expresa en términos de desempeño COP, por sus 
siglas en inglés (coefficient of peformance), es la relación entre la potencia que sale de un 
ciclo de refrigeración, y la potencia que se suministra al compresor. Matemáticamente se 
define como: 
 𝐶𝑂𝑃 = 𝑞𝐿𝑤𝑁𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = ℎ1−ℎ4ℎ2−ℎ1 ………………………………….…………….………..… (2.30) 
 
Donde los puntos de las entalpias h1, h2 y h3 pueden verse ubicados en la figura 2.9 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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27 
 
2.8 Refrigerante R 134a.- 
 
El R-134a es un gas refrigerante que no daña la capa de ozono, es de baja toxicidad, no 
es corrosivo, y es compatible con la mayoría de materiales. 
 
 
Figura N° 2.14. Refrigerante R 134a 
 
Fuente: (Creus, 1998) 
 
 
2.8.1 Información del refrigerante 134a.- 
 
 
2.8.2 Propiedades físicas y químicas del refrigerante 134a.- 
 
ASHRAE: refrigerant number designation: R- 134a 
Nombre químico: 1,1,1,2- Tetrafluoroetano 
Concentración %: 100 
No. CAS: 811-97-2 
 
 
Estado físico: Gas licuado. 
Color: Incoloro. 
Olor: Ligero, similar al éter. 
Punto/intervalo de fusión: -103,-101 °C a 1013 hPa. 
Punto de ebullición: -26.1 °C a 1013 hPa. 
Punto de inflamación: No se inflama. 
Temperatura de ignición: >743 °C. 
Presión de vapor: 6661 hPa a 25 °C. 
Presión de vapor: 13190 hPa a 50 °C. 
Densidad: 1,206 g/cm3 a 25 °C, (como liquido) 
Densidad: 0,0042 g/cm3 a 25 °C, (1013 hPa) 
Densidad: 0,0053 g/cm3 a -26,1 °C (1013 hPa) 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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28 
 
 
 
 
2.8.3 Aplicaciones del refrigerante R 134 a.- 
 
 Aire Acondicionado Automotriz. 
 Refrigeración Comercial. 
 Enfriadores de Agua. 
 Refrigeradores domésticos. 
 Aplicaciones de refrigeración de alta temperatura. 
 
 
2.8.4 Diagrama P – h para el refrigerante 134 a 
Este diagrama también es conocido como diagrama de Mollier, es la representación 
gráfica en una carta semilogarítmica en el plano Presión/entalpía de los estados 
posibles de un compuesto químico, especialmente para los gases refrigerantes, y 
es en ella donde se trazan y suelen estudiar los distintos sistemas frigoríficos de 
refrigeración por compresión. 
 
Figura N° 2.15. Diagrama P- h del refrigerante 134a 
 
Fuente: (R.Llopis, R.Cabello, 1998) 
 
Solubilidad en agua: 1,5 g/l a 25°C a 1013 hPa 
Densidad relativa del vapor: 3,6 a 25 °C , (Aire=1.0) 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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29 
 
2.8.5 Ciclo de refrigeración del R-134a.- 
El refrigerante aumenta su presión con ayuda de un compresor, una vez que aumenta su 
presión. 
 
Figura N° 2.16. Ciclo de refrigeración del R-134a 
 
 
Fuente: (R.Llopis, R.Cabello, 1998) 
 
2.9 Control automático de procesos.El control automático de procesos, consiste en mantener las variables de operación 
(temperatura, caudal, tiempos de operación) dentro de ciertos límites, para así garantizar 
y monitorear el correcto funcionamiento de un proceso seguro y estable. Es una 
herramienta útil para diseñadores e ingenieros que se dedican en transformar, las materias 
primas en productos deseados. 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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30 
 
Figura N° 2.17. Elementos básicos de un sistema de control. 
 
ELEMENTO DE 
CONTROL 
ELEMENTO DE 
MEDICION
Variable 
controlada
Variable de perturbacion
Set Point o 
Valor 
deseado
 PROCESO+-
 
Fuente: Elaboración Propia 
 
En la Figura N° 2.17, muestra el ciclo de ejecución de un sistema de control, cada elemento 
básico que conforma el ciclo, se describe a continuación: 
 
2.9.1 Set Point 
Es el valor deseado, es el valor que se quiere obtener; este es un valor objetivo. 
Por ejemplo un valor de temperatura, un valor de presión, un valor de nivel, un valor de 
caudal. 
2.9.2 Elemento de Control o Controlador 
El controlador es un sistema que toma la decisión mediante comparación del valor del Set 
Point vs el valor de la variable de la salida del proceso. 
Si el valor de salida del proceso es igual al Set Point o está dentro de los márgenes 
aceptales de error se acepta como variable controlada, caso contrario se activa el 
actuador y se realiza de nuevo la comparación con el Set Point. 
 
2.9.3 Actuador 
 
El actuador también es conocido como Elemento final de control, es el que manipula la 
variable de proceso de acuerdo con la acción calculada por el controlador, la cual le llega 
en forma de señal analógica estándar. 
Por ejemplo en procesos químicos la variable de proceso manipulada suele ser el caudal 
de una corriente y por ello el elemento final de control más utilizado es la válvula. 
 
2.9.4 Proceso 
Se entiende como proceso, cualquier operación o serie de operaciones que provoca un 
cambio físico o químico en una materia o mezcla de materias. 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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31 
 
El material que ingresa en el proceso se conoce con el nombre de entrada o alimentación 
y el material que abandona el proceso se conoce como salida o producto. Una unidad de 
proceso es un equipo en el cual se desarrolla una operación que forma parte del proceso. 
 
 
2.9.5 Elemento de medición o medidor 
 
Son los instrumentos que miden las variables a controlar en la mayoría de los casos son 
sensores. Los sensores se basan en la medición de un fenómeno cuya magnitud está 
relacionada con el valor de la variable que se desea medir. 
 
Ejemplos típicos de sensores son termopares, termo resistencias para medir temperatura, 
una placa de orificio para medir el caudal. 
 
2.9.6 Variable Perturbación 
Las variables de perturbación son variables externas al sistema de control, afectan a las 
variables controladas, estas no se pueden corregir porque están impuestas por el medio 
externo que los rodea. 
 
2.9.7 Variable Controlada 
Las variables controladas son las se quieren mantener en un valor deseado, para el caso 
estrictamente hablando, la variable que se controla no es la variable de proceso real, que 
nunca se conocen, sino la variable medida. 
 
 
2.9.8 Lazo Abierto y Lazo Cerrado 
2.9.8.1 Lazo Abierto.- 
 
Es un sistema de control, en el cual el controlador no está conectado al proceso, por lo cual 
la acción correctora no hace un cambio en el elemento final de control esto quiere decir 
que no realimenta la información del proceso. Es un sistema que ejecuta todo el ciclo de 
las etapas del proceso luego se apaga. 
 
2.9.8.2 Lazo cerrado.- 
 
Es un sistema de control basada en que la variable controlada del proceso capta la señal 
con un sensor medidor y esta señal ingresa a un controlador donde se compara con una 
señal de referencia (Set point) la diferencia de estas genera un error, el cual lanza una 
señal que acciona un elemento final de control que a medida que va en funcionamiento 
sigue corrigiéndose el error. 
 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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32 
 
2.9.9 Sistemas de Control.- 
2.9.9.1 Sistemas de Control Feedback (retroalimentación).- 
 
Este tipo de sistemas de control se basa en la actuación sobre el proceso, para compensar 
el efecto de las variables de perturbación, puede basarse en el error, esto es en la 
diferencia observada entre el valor medido de la variable a controlar y el valor deseado (Set 
point). 
 
Figura N° 2.18. Control Feedback. 
 
PROCESO
CONTROLADOR
Variable manipulable Variable controlada
Variable de perturbacion
Señal de 
medida
Señal de 
comando
error
 
Fuente: Elaboración Propia 
 
 
2.9.10 Sistemas de Control Feedforward (anticipativo).- 
 
Se basa en el cambio experimentado por la variable de perturbación, es decir que no hay 
que esperar a que se produzca un error para empezar a compensar, se actúa desde el 
momento en que se detecta el cambio en la variable de perturbación. 
 
 
Figura N° 2.19. Control Feedforward. 
PROCESO
CONTROLADOR
Variable manipulable Variable controlada
Variable de perturbacion
Señal de 
comando
Señal de 
medida
 
 
Fuente: Elaboración Propia 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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33 
 
2.9.11 Mecanismos de Control. 
 
Un mecanismo de control es un tipo de instrumento que se implementa para poder controlar 
el sistema de acuerdo a las propiedades y necesidades del mismo. Existen cuatro tipos 
principales de controladores, los cuales pueden ser utilizados simultáneamente de tal 
manera que se optimice el control: entre estos cuatro tipos de controladores tenemos al 
control de dos posiciones (on – off), al control proporcional, al control integral, control 
derivativo y la combinación de las tres últimas genera el control proporcional integral 
derivativo. 
 
En el proyecto se desarrollara específicamente el tipo de mecanismo de control de dos 
posiciones (on – off), con ayuda de los dispositivos electrónicos. 
 
2.9.11.1 Control de dos Posiciones (on/off): 
 
Se utiliza cuando no se requiere un control muy preciso ni constante en el tiempo. Este tipo 
de control lo que hace es que cuando ve, que la variable de control, no está dentro de los 
límites establecidos activa o desactiva (apaga/enciende, abre/cierra, etc.) el actuador, lo 
cual genera grandes oscilaciones dentro del sistema. 
 
Figura N° 2.20. Control de temperatura ON OFF 
 
 
Fuente: Elaboración Propia 
 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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34 
 
2.9.12 Introducción del software y hardware como herramienta de control. 
 
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en 
software y hardware libre, flexible y fácil de usar. Se creó para artistas, diseñadores, 
aficionados y cualquier interesado en crear entornos u objetos interactivos. 
 
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada, para esto 
toda una gama de sensores puede ser usada y puede afectar aquello que le rodea 
controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se 
programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno 
de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden 
ejecutarse sin necesidad de conectarlo a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de 
hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (por ejemplo: Flash, Processing, 
MaxMSP). 
 
2.9.12.1 Cuerpo de un Programa Arduino.- 
 
Arduino tiene los siguientes componentes para elaborar el algoritmo: 
 Estructuras. 
 Variables. 
 Operaciones: matemáticas, lógicas y booleanos. 
 Estructuras de control (condiciones y ciclos). 
 Funciones. 
Figura N° 2.21. Modelo de programa Arduino. 
 
Fuente: Elaboración Propia 
FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
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35 
 
2.9.12.2 Partes de la Placa Arduino Uno.- 
 
Figura N° 2.22. Partes de la placa Arduino