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U1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Programa de la asignatura: 
 
 
 
Diseño de sistemas termosolares 
 
U1 Introducción a la energía solar 
 
 
 
 
 
División de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Ingeniería en Energías Renovables 1 
Diseño de sistemas termosolares 
Introducción a la energía solar U1 
División de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Ingeniería en Energías Renovables 2 
 
 
 
 
 
 
Índice 
Presentación de la unidad ....................................................................................... 3 
Competencia específica .......................................................................................... 4 
Propósitos ............................................................................................................... 4 
1.1. La energía solar ............................................................................................... 5 
1.1.1. El sol ................................................................................................... 6 
1.1.2. Los componentes de la radiación solar ............................................. 12 
1.1.3. Parámetros fundamentales de la posición del sol ............................. 15 
1.2. Conversión de la energía solar a energía térmica .......................................... 20 
1.2.1. Principio de funcionamiento .............................................................. 20 
1.2.2. Mecanismos de transferencia de calor ............................................. 22 
1.3. Aplicaciones de la energía solar ..................................................................... 23 
1.3.1. Usos en procesos industriales .......................................................... 25 
1.3.2. Usos en sistemas residenciales ........................................................ 28 
1.3.3. Usos en sistemas recreativos ........................................................... 29 
Cierre de la unidad ................................................................................................ 31 
Fuentes de consulta .............................................................................................. 32 
 
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Calentador solar. Retomado de https://www.flickr.com 
 
Presentación de la unidad 
 
 
 
Te damos la bienvenida a la Unidad 1. Introducción a la energía solar en donde se 
utilizarán los conceptos y modelos relacionados con la energía de mayor disposición en la 
Tierra, es decir, la proveniente del sol. 
 
¿Sabías que si se capturará toda la energía solar que llega a la tierra en una hora, sería 
suficiente para cubrir las necesidades energéticas mundiales? 
 
En esta unidad, se presenta los parámetros relacionados con la energía solar, así como 
algunas aplicaciones reales de manera introductoria a los sistemas termosolares. Los 
sistemas que estudiarás, se obtuvieron de experiencias reales implementadas en México, 
con la finalidad, por un lado, de que tengas un panorama de las oportunidades que brinda 
el aprovechamiento de la energía solar y por el otro, que visualices oportunidades de 
desarrollo profesional que puedas aprovechar con la ayuda de esta asignatura. 
https://www.flickr.com/
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Competencia específica 
 
 
 
 
 
 
Unidad 1 
Conceptualizar la energía solar para analizar los alcances y 
limitaciones de los sistemas termosolares, identificando las 
características de la radiación solar a partir de su posición 
geográfica, la conversión de energía térmica y la transferencia de 
calor. 
 
 
Propósitos 
 
1 
Identificar los parámetros relacionados con el recurso solar, tales como la 
radiación solar y el posicionamiento del sol o del captador solar, así como los 
medios de conversión de la energía solar a energía térmica a través de 
algunas aplicaciones reales 
 
2 
 
Revisar las aplicaciones de la energía solar en sistemas de calentamiento de 
agua, generación de vapor, usos en sistemas residenciales e industriales, así 
como para usos recreativos. 
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1.1. La energía solar 
La energía solar, como su nombre lo indica, proviene de un astro ubicado en el centro de 
nuestra galaxia, que es denominado, el Sol (del latín solis). 
 
La energía solar que llega a la superficie terrestre es la causante de importantes procesos 
y fenómenos naturales en la tierra, tales como el ciclo del agua, la fotosíntesis, los 
vientos, las mareas, entre otros. Por otro lado, con el ingenio humano esta energía ha 
sido aprovechada para mejorar las condiciones de vida, con usos como: calentamiento de 
líquidos, cocción de alimentos, generación de vapor industrial, secado de alimentos, 
generación de electricidad, calefacción, refrigeración solar, entre otros. Debido a la gran 
gama de aplicaciones de esta energía, se le considera como la fuente renovable más 
abundante en nuestro planeta. 
 
Uno de los primeros registros del aprovechamiento de la energía solar data del siglo III 
A.C. en la ciudad de Siracusa. Durante la batalla que enfrentaba esta ciudad con los 
romanos, un hombre llamado Arquímedes defendió a la ciudad utilizando unos espejos 
hexagonales de bronce, con los cuales reflejó los rayos solares en los navíos romanos 
logrando incendiarlos, tal como se muestra en la siguiente figura. 
 
Pintura mural de Giulio Parigi, 1599. Fuente: tomado de Peláez, (2013). 
 
Esto ocurrió en el pasado, sin embargo, en un futuro el aprovechamiento de la energía 
solar jugará un papel predominante en nuestra sociedad por ser una energía limpia y que 
puede ser considerada como inagotable, además de ser amigable con el medio ambiente 
y que su aprovechamiento ayudaría a mitigar su gran deterioro, el cual, ha sido originado 
en gran medida por el uso de combustibles fósiles (gasolinas, gas LP, combustóleo, entre 
otros) para la obtención de la energía secundaria de mayor uso: la electricidad. 
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Como el eje central de estudio es la energía solar, se detalla a continuación una serie de 
datos y parámetros que te ayudaran a comprender esta fuente de energía. 
 
 
1.1.1. El sol 
 
El Sol es la estrella más próxima a la Tierra, tiene un radio aproximadamente de unos 700 
000 km y una masa de 2 x 1030 kg, unas 330 000 veces la de la tierra (Sánchez, 2008). 
(Ver figura “El Sol tomado desde el observatorio solar y heliosférico”). Su densidad es 
1.41 x 1030 kg/m3. La temperatura de la superficie ronda los 6000°C, aunque es algo 
menor en las manchas solares (alrededor de los 4800°C). 
 
El sol tomado desde el observatorio solar y heliosférico (SOHO por sus siglas en Ingles 
Solar & Heliospheric Observatory). Fuente: tomado de Esa y NASA, (2013). 
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La fuente de toda la energía del Sol radica en el núcleo. Esto a causa de las condiciones 
extremas de presión y temperatura en su interior lo que originan reacciones nucleares de 
fusión. En éstas reacciones, cuatro átomos de hidrógeno se combinan para convertirse en 
un átomo de helio. La masa de helio es 0.7% menor que la masa de los cuatro átomos de 
hidrógeno. Esa masa faltante es la que se convierte en energía que, en forma de rayos 
gamma, se expandedesde el núcleo hacia la superficie en los primeros 500 000 km de 
espesor de la esfera solar. Se calcula que en la parte interna del sol se fusionan 700 
millones de toneladas de hidrógeno cada segundo, y la pérdida de masa, que se 
transforma en energía solar, se cifra en 4.3 millones de toneladas por segundo, a ese 
ritmo de transformación, el sol necesitará más de 6 000 millones de años para consumir el 
10% del hidrógeno que posee (Sánchez, 2008), y es por esta razón que el sol, se 
considera una fuente inagotable de energía. 
 
En la imagen de “Vista seccionada del Sol”, se esquematizan las diferentes regiones que 
componen el sol tales como: el núcleo, la fotosfera, la cromosfera y la corona. 
 
Vista seccionada del Sol. Fuente: modificado de: Duffie and Beckman, (1980). (NOTA: realizar una 
imagen tridimensional con los mismos parámetros y parecida a la que se ilustra). 
 
En la siguiente imagen, se esquematiza la distancia entre el sol y la tierra, que es de 
149.5 millones de kilómetros, tardando su luz en llegar a la superficie terrestre unos 8.3 
minutos, a una velocidad de 300 000 Km/s. 
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Relación sol-tierra. Modificado del libro: Duffie and Beckman, (1980). 
NOTA: Rehacer una imagen similar. 
 
Ahora que se conoce algunos datos sobre las dimensiones del sol, la siguiente etapa es 
definir la forma en que se mide esta energía. 
 
Unidades de radiación solar 
 
El sol posee una gran cantidad de energía, por lo que, el ser humano se ha dado a la 
tarea de realizar mediciones sobre dicha energía. A continuación, se presentan las 
definiciones de las unidades más usuales de la medición de esta energía (Duffie and 
Beckman, 1980). 
 
1 Irradiancia: se define como el flujo de radiación solar que incide sobre una unidad 
de superficie en un tiempo dado, se expresa en W/m2. 
2 Irradiación: se define como la energía por unidad de superficie a lo largo de un 
periodo de tiempo, se expresa en J/m2 o en Wh/m2. Insolación es un término 
aplicado para la irradiación de la energía solar. La letra H se utiliza para denominar 
insolación de un día solar. La letra I se utiliza para denominar la insolación para 
una hora (u otro período en específico). 
3 Radiosidad: es la cantidad de energía radiante que sale de una superficie por 
unidad de área por diversos mecanismos, como emisión, reflexión y transmisión 
de energía, y se expresa en W/m2. 
4 Potencia emisiva: es la cantidad de energía radiante que sale de una superficie 
por unidad de área, solamente por emisión, y se expresa en W/m2. 
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Constante solar (Gsc) 
 
La energía proveniente del sol que se recibe fuera de la atmósfera terrestre, se ha medido 
por diversos medios, tales como globos, mediciones en grandes montañas y actualmente, 
por medio de satélites. De todas esas mediciones se ha tomado el valor de la constante 
solar en 1367 W/m2, con una variación de ±3%. Esta variación es a causa del movimiento 
elíptico de la tierra respecto al sol. 
 
La radiación extraterrestre se ha determinado matemáticamente, dando como resultado la 
siguiente ecuación, y para tener la referencia visual se ha graficado esta variación en la 
gráfica de Radiación solar afuera de la atmósfera terrestre. 
 
360n 
Gon = Gsc(1 + 0.033cos 
365 
) 
donde: 
 
Gon = Radiación extraterrestre, medida sobre el plano normal a la radiación 
Gsc= 1367 W/m2 
n = día del año 
 
Radiación solar afuera de la atmósfera terrestre. 
 
La radiación solar que llega a la tierra se ve disminuida por el paso a través de la 
atmósfera terrestre, aun así, la energía que llega a todo el globo terráqueo, si se lograra 
captar tan solo una hora de esta energía, podría suministrar la energía del consumo 
mundial de un año. Se puede observar en la imagen de Irradiancia mundial que la energía 
solar, en comparación con las fuentes de energía de origen fósil, tiene la ventaja de tener 
una mayor disponibilidad. En esta imagen se muestra una franja denominada “cinturón 
solar de la tierra”, en color amarillo, verde y café, destacando que México está ubicado 
dentro de este cinturón. 
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Irradiancia mundial. Fuente: tomado de Heliocol, (2013). 
 
México tiene una alta incidencia de la energía solar en la gran mayoría de su territorio; la 
zona norte es una de las más soleadas del mundo, que para el caso de nuestro país se 
representa con un color café, tal como se puede ver en la imagen de Irradiancia mundial. 
 
El estudio de la irradiación solar en el territorio mexicano permite conocer de manera 
exacta el potencial de ese recurso energético, por esa razón el gobierno mexicano ha 
realizado esfuerzos por obtener las variables meteorológicas, y ha instalado en todo el 
territorio nacional estaciones de medición automáticas que miden temperatura del aire, 
precipitación pluvial, velocidad y dirección del viento, presión barométrica y radiación 
solar. Además, el Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México 
(UNAM) proporciona mapas estacionales y mensuales de la radiación solar sobre el 
territorio nacional. En la imagen de Radiación solar global en México, se muestra un mapa 
de la radiación solar durante la primavera. El mapa tiene unas líneas continuas de color 
rojo con un valor sobre ellas, lo que indica la cantidad de radiación solar global en MJ/m2. 
 
Radiación solar global en México, MJ/m2. Fuente: tomada de Geofísica-UNAM, (2013). 
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Horas de pico solar 
 
La energía que es captada en la Tierra, solo es aprovechada durante una franja horaria 
determinada, que es indicada en horas y denominada como horas de pico solar. Se 
representa por HPS y son las utilizadas para los cálculos de energía recogida por los 
captadores solares y que se utilizarán para el dimensionamiento de la instalación. 
 
El valor de HPS puede variar desde 3 hasta 7 horas diarias dependiendo del mes y lugar 
de la instalación. En la tabla Hora solar para algunas localidades de México, se muestra 
un compendio de horas pico solar para planos horizontales y planos inclinados a un 
ángulo igual a la latitud de la zona correspondiente. Los valores para planos horizontales 
varían desde 4.56 hasta 6.46 horas de sol pico y para planos inclinados desde 4.66 hasta 
6.89 horas de sol pico. 
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Hora solar para algunas localidades de México. Fuente: tomado de PESCO, (2013). 
NOTA: Realizar una imagen similar y con los parámetros que se indican. 
 
1.1.2. Los componentes de la radiación solar 
 
En los apartados anteriores, se dio un panorama de cómo se distribuye la radiación solar, 
y su tiempo de aprovechamiento. En este tema se estudian los parámetros que 
caracterizan a la radiación solar, así como los dispositivos más utilizados para su 
medición. 
 
La radiación solar se puede clasificar en tres tipos: directa, difusa y global de acuerdo a la 
forma en que ésta llega a la Tierra. 
 
La radiación solar directa es la que incide sobre cualquier superficie con un ángulo 
único y preciso. La radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la 
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atmósfera pueden desviar esta energía a la que se le conoce como radiación solar 
difusa. Existe un tercer componente que es la radiación reflejada debida a las nubes o a 
la superficie terrestre (ver imagen de Descomposición de la radiación solar). A la suma de 
estas radiaciones se le conoce con el nombre de radiación global. 
 
 
 
 
Descomposición de la radiación solar. NOTA: elaborar una imagen similar a la mostrada. 
 
El instrumento más utilizado para la medición de la radiación solar es el piranómetro (Ver 
imagen). Al ser colocado sobre una superficie horizontal, mide la radiación solar global 
proveniente del cielo, que involucra tanto la componente directa como la difusa. 
 
Piranómetro. Fuente: tomado de Hukseflux, (2013). 
 
Un piranómetro puede estar constituido de una termopila o un fotodiodo siendo los más 
comunes los de termopilas, estos últimos son uniones de dos metales diferentes. La 
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diferencia de temperaturas entre las termopilas expuestas al sol y las termopilas pegadas 
al cuerpo del piranómetro, producen una diferencia de voltaje entre los extremos de la 
termopila, este voltaje, es proporcional a la radiación solar medida. 
 
La mayoría de las veces, los piranómetros se colocan horizontales, lo que permite medir 
la radiación global que llega a la superficie terrestre. Sin embargo, la radiación que incide 
sobre la superficie inclinada es diferente a la que se mide en una superficie horizontal. Por 
esta razón, cuando se están caracterizando captadores solares es conveniente colocar el 
piranómetro a la misma inclinación del captador solar, para conocer con mayor precisión 
la cantidad de energía que incide en éste. (Riveros, 2012). 
 
También existe otro instrumento que se utiliza en la medición de la radiación directa 
denominado pirheliómetro, que funciona de manera similar a un piranómetro. Como se 
puede constatar, la diferencia radica en que el sensor se coloca dentro de un tubo, a 
manera de cañón (Ver la imagen del Pirheliómetro). Dentro del tubo se colocan varios 
diafragmas, de manera que no permite entrar radiación más que en un estrecho ángulo de 
cinco grados alrededor del disco solar. Debe estar apuntando directamente al sol, es por 
eso que mide la radiación directa, sin embargo, para mantener un pirheliómetro 
apuntando continuamente al sol se requiere un dispositivo de seguimiento que por lo 
general tiene una montura ecuatorial, es decir, que su eje de inclinación se coloca 
paralelo al eje de rotación de la tierra, (Riveros, 2012). 
 
 
Pirheliómetro. Fuente: tomado de Hukseflux, (2013). 
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1.1.3. Parámetros fundamentales de la posición del sol 
 
Conocer el posicionamiento del sol es fundamental para el diseño de sistemas 
termosolares, es por eso que a continuación se definen algunos ángulos que servirán 
para caracterizar la posición del sol. De la misma manera, revisaremos los ángulos 
necesarios de la posición del captador solar para un óptimo aprovechamiento del recurso. 
 
Ángulos para el posicionamiento del sol: 
 
Declinación solar δ 
 
La declinación solar es el ángulo entre la línea sol-tierra y el plano ecuatorial celeste 
(proyección del ecuador terrestre). El valor de la declinación solar varía a lo largo del año, 
de 23.45° (21 de junio) a – 23.45° (21 de diciembre) (ver figura 13 y 14), pasando por cero 
en los equinoccios de primavera y de otoño. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
 
Esquema de la declinación solar. 
(NOTA: elaborar una imagen similar a la mostrada con los mismos parámetros). 
 
 
 
La ecuación que describe la declinación es la siguiente: 
 
 
360 
δ = 23.45°sin ( 284 + n) 
365 
Ecuación 2 
donde 
n = día del año 
 
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Gráfica de la declinación solar para cada día del año. 
 
 
Ángulo cenital superficial γ 
 
La desviación de la proyección sobre un plano horizontal de la normal de la superficie del 
meridiano local, donde el valor es cero si se encuentra en el sur, en el este los valores son 
negativos y el oeste positivo; -180° ≤ γ ≤ 180°. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
Ángulo horario ω 
 
El desplazamiento angular del sol este u oeste del meridiano local debido a la rotación de 
la tierra sobre su eje a 15° por hora, en la mañana es negativo y por la tarde positivo. 
(Duffie and Beckman, 1980). 
 
Ángulo de incidencia θ 
 
El ángulo de entre la radiación directa sobre la superficie y la normal de dicha superficie. 
 
 
Existen otros ángulos que describen la posición del sol en el cielo, y estos son: 
 
Ángulo cenital θz 
 
El ángulo entre la vertical y la línea al sol esto es el ángulo de incidencia de la radiación 
directa sobre una superficie horizontal. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
Ángulo de altitud solar αs 
 
El ángulo entre la horizontal y la línea del sol esto es, el ángulo complementario del 
ángulo cenital. (Duffie and Beckman, 1980). 
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Ángulo solar acimutal γs 
 
Es el desplazamiento angular de la proyección de la radiación directa sobre un plano 
horizontal con respecto al sur. Los desplazamientos del este al sur son negativos y del sur 
al oeste son positivos. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
Los ángulos antes mencionados, se representan en la figura 15. 
Ángulos solares. 
(NOTA: elaborar una imagen tridimensional con los parámetros que se muestran). 
 
Ángulos para el posicionamiento del captador solar: 
 
Latitud ϕ 
 
La latitud es aquella distancia angular comprendida entre el Ecuador, y un punto 
determinado de la tierra (por ejemplo tu lugar de residencia) medida a lo largo del 
meridiano en el que se encuentra dicho punto. Según el hemisferio en el que se sitúe el 
punto, puede ser latitud norte o sur. Se expresa en medidas angulares que varían desde 
los 0º del ecuador hasta los 90°N del polo Norte o los 90°S del polo Sur. (Duffie and 
Beckman, 1980). 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Distancia_angular
http://es.wikipedia.org/wiki/Meridiano
http://es.wikipedia.org/wiki/Hemisferio
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Representación de la latitud en un punto P en la tierra (NOTA: elaborar una imagen similar a la 
mostrada). 
 
Inclinación de la superficie β 
 
Ángulo entre el plano de la superficie captadora de la radiación solar y la horizontal; los 
ángulos comprendidos son entre 0° ≤ β ≤ 180°. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
Captador solar inclinado a un ángulo β. 
(NOTA: elaborar una imagen tridimensional). 
 
 
Además de los ángulos para el posicionamiento del sol y del captador se introduce un 
término que es de suma importancia denominado: 
 
Tiempo solar 
 
Es el tiempo basado en el movimiento angular aparente del sol en el cielo; el mediodía 
solar ocurre cuando el sol atraviesa el meridiano del observador. (Duffie and Beckman, 
1980). 
 
El tiempo solar es el tiempo usado en todas las relaciones de sol y ángulos. El tiempo 
local no coincide con el solar. Para convertir el tiempo estándar a tiempo solar se realizan 
tres correcciones. La primera es corrigiendo por la diferencia de longitudes entre las que 
se encuentrael observador y en la que está basado el tiempo. El sol tarda cuatro minutos 
en desplazarse 1° de longitud. La segunda corrección es de la ecuación del tiempo 
considera las perturbaciones en el tiempo de rotación de la tierra el cual afecta el tiempo 
en que el sol cruza el meridiano del observador. Y la última corrección es por el horario de 
verano. (Duffie and Beckman, 1980). 
 
La diferencia en minutos entre el tiempo solar y el estándar se define como: 
 
Tiempo solar = Tiempo estandar + 4(Lst − Lloc) + E + h verano Ecuación 3 
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donde: 
 
Lst = es la longitud de meridiano estándar, con respecto al cual se 
define el horario estándar de la zona en cuestión 
Lloc= es la longitud correspondiente al meridiano local 
E = ecuación del tiempo, en minutos 
h verano = horario de verano (-60 min. en horario de verano, 0 
min. en horario de invierno. 
 
La ecuación del tiempo es: 
 
E = 229.2(0.000075 + 0.001868cos B − 0.032077sin B 
− 0.014615cos 2B − 0.04089sin 2B 
Ecuación 4 
 
donde: 
 
360 
B = (n − 1) 
365 
n = es el día del año 
 
 
 
Ecuación del tiempo solar para cada día del año. 
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1.2. Conversión de la energía solar a energía 
térmica 
Hasta este momento has revisado los conceptos que caracterizan la energía proveniente 
del sol, ahora se inicia con la descripción de este astro, con los conceptos de la radiación 
solar y se termina con los ángulos de posicionamiento del sol y del captador solar. Ahora, 
se describe la manera en que esa energía radiante proveniente del sol se transforma en 
energía calorífica. 
 
 
1.2.1. Principio de funcionamiento 
 
En la naturaleza se llevan a cabo al menos tres mecanismos sobre transferencia de calor: 
la conducción, la convección y la radiación. Esta última es un modo de transferencia de 
calor que no depende de un medio (sólido, líquido o gaseoso) para que se propague, caso 
contrario para la transferencia de calor por conducción o convección que necesita de un 
medio para su propagación. 
 
Por otro lado, la radiación térmica es un conjunto de ondas electromagnéticas que todo 
cuerpo emite como consecuencia de su temperatura. Estas ondas son campos 
electromagnéticos variables que se propagan inclusive en el vacío, es decir, no necesita 
un medio material para su transmisión. 
 
Los diferentes medios en general están constituidos por partículas cargadas 
eléctricamente: protones y electrones. La emisión de radiación ocurre cuando algunas de 
estas partículas tienen movimiento acelerado debido a alguna interacción física. Las 
oscilaciones de las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio a una velocidad 
bien definida que se conoce como velocidad de la luz, 𝑐 (valor aproximado de 299 792 
458 m/s ). 
 
En un medio diferente del vacío o aire, la velocidad de las ondas se ve disminuida de 
acuerdo a 
 
c 
v = 
μ 
Ecuación 5 
http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_por_segundo
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Donde μ es el índice de refracción del medio y 𝑐 la velocidad de la luz en el vacío. Por 
ejemplo, para el caso de ondas de luz visible, este índice vale 1.33 para el agua y 1.5 
para el vidrio. 
 
El espectro electromagnético 
 
Los diferentes tipos de ondas electromagnéticas se diferencian entre sí sólo por la 
frecuencia con que oscilan, la cual, se suele medir en Hertz (Hz = s-1). Esta frecuencia 
diferente se manifiesta por ejemplo en las ondas electromagnéticas visibles (luz visible), a 
través de los diferentes colores que esta radiación puede tomar. Equivalentemente, 
también se pueden distinguir las ondas por su longitud de onda, que se define como la 
distancia entre dos crestas de la onda. Ambas cantidades se relacionan por la siguiente 
ecuación: 
 
 
 
c 
λ = 
v 
Ecuación 6 
 
La radiación electromagnética que llega del sol se puede representar de acuerdo a su 
longitud de onda, tal como se aprecia en la gráfica del espectro solar. 
 
Gráfica del espectro solar. 
 
A nivel microscópico las ondas electromagnéticas no se emiten de manera continua si no 
en forma de minúsculos paquetes de energía conocidos como fotones. Cada fotón tiene 
una energía específica, la cual, depende de su frecuencia (o color, en el caso de luz 
visible) de la siguiente manera: 
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Efoton = hv Ecuación 7 
 
en donde v es la frecuencia del fotón y h la constante de Planck. 
La constante universal que aparece en esta ecuación se conoce como constante de 
Planck y tiene el valor de 
h = 6.25 x 10−34 
 
Este valor tan pequeño es consecuencia de la minúscula energía que transporta cada 
fotón. 
 
1.2.2. Mecanismos de transferencia de calor 
 
La energía que llega del sol es recibida por un captador solar (elaborado de materiales 
metálicos, poliméricos, vidrio, entre otros) y este a su vez la transforma en energía 
calorífica transfiriéndola a los fluidos caloportadores (agua, aire, aceite, sales fundidas, 
entre otros) por dos mecanismos de transferencia de calor que son la conducción y 
convección. 
 
Recordemos estos dos conceptos: 
 
● Conducción de calor: 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. 
● Convección de calor: es el modo de transferencia de energía entre una superficie 
sólida y el líquido o gases adyacentes que están en movimiento y comprende los 
efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. 
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1.3. Aplicaciones de la energía solar 
Una de las aplicaciones de la energía solar sin lugar a duda es el calentamiento de agua, 
indispensable para uso doméstico, industrial, de servicios, entre otros. Pero no es la única 
aplicación ya que se puede utilizar para generación de electricidad, secado de alimentos, 
refrigeración solar, almacenamiento térmico, entre otras aplicaciones. (Procalsol, 2007- 
2012). 
 
Para uso doméstico o residencial el agua calentada por medio solar se utiliza en la cocina 
(como medio desengrasante), en los lavabos, regaderas e incluso se utiliza en medios 
recreativos como las albercas, siendo esta actividad una de las primeras áreas donde se 
empezó a utilizar la energía solar térmica. (Procalsol, 2007-2012). 
 
En la industria no es la excepción, y son variadas las aplicaciones, que van desde el 
lavado de ropa, el proceso de envasado de productos comestibles, secado de productos o 
materiales, calentamiento de sustancias, etc. Algunas empresas del ramo agroindustrial 
están utilizando, de igual manera, esta tecnología para realizar sus procesos, como por 
ejemplo en algunos rastros municipales se está utilizando agua caliente por medio solar. 
 
En la parte de la investigación nacional, se tienen registros que desde los años 70 se han 
venido realizando esfuerzos para aprovechar el recurso solar. Se han desarrollado 
prototipos de calentadores de agua, secadores de alimentos, cocinas completamente 
solares e híbridas (con respaldo de energía eléctrica), refrigeradores solares (absorción 
líquido-gas), un horno solar y un campo de heliostatos para la producción de vapor con el 
propósito degenerar electricidad. Entre los centros de investigación de mayor 
trascendencia destaca el Instituto de Energías Renovables de la UNAM (Para mayor 
información sobre este centro de investigación puedes acceder en 
http://xml.cie.unam.mx/xml/) 
 
En nuestro país se utilizan predominantemente los combustibles fósiles para el 
calentamiento de agua o para procesos en general, siendo estos, el gas LP (uso 
doméstico), el gas natural, el combustóleo y el diesel (estos últimos para el sector 
industrial). Procalsol (2007-2012). 
 
De acuerdo a Procalsol (2007-2012), se estima que, en México, se utilizan 230 PJ para 
calentar fluidos a baja temperatura y que representa un 6% del consumo energético 
nacional. A continuación, se te presenta una gráfica sobre el calentamiento de agua en 
México para diversos sectores, mostrándote que el sector residencial es el de mayor 
consumo. 
http://xml.cie.unam.mx/xml/
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Consumo de agua caliente en México. Fuente: tomado de Procalsol, (2007-2012). 
 
De acuerdo a Procalsol (2007-2012), en el ámbito internacional los países que 
predominan en capacidad instalada de captadores solares son: China con un porcentaje 
del 38%, Estados Unidos con un 17% y Japón con un 4.7%. La Comunidad Europea 
participa con un 10.4% en el mercado internacional destacando Alemania, Grecia y 
Austria. 
 
En el 2004 en su totalidad la cantidad instalada fue de 68,000 GWh (244,800TJ), que 
corresponderían a unos 10.8 billones de litros de equivalentes de petróleo lo que traería 
como consecuencia en una disminución de 29.6 millones de toneladas de emisiones de 
CO2. (Procalsol, 2007-2012). 
 
Para el caso de México, según ANES (2010), se instalaron 272,580 m2 de captadores 
solares para calentamiento de agua para albercas, hoteles, clubes deportivos, casas 
habitación, hospitales, el sector agropecuario e industrias. 
 
Como te habrás dado cuenta en nuestro país también se utiliza la energía solar en 
diferentes aplicaciones. Sólo para ampliar un poco más el panorama, se presentan a 
continuación algunos usos con mayor potencial para el calentamiento de agua por medio 
solar aplicables en nuestro país. 
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Usos potenciales de la energía solar térmica (Tomado de Procalsol (2007-2012)): 
 
Sector Proceso 
Alimentos y bebidas ● Secado 
● Lavado 
● Pasteurización 
● Ebullición 
● Esterilización 
● Tratamiento de calor 
Industria textil ● Lavado 
● Blanqueado 
● Teñido 
Industria química ● Ebullición 
● Destilación 
● Procesos químicos varios 
Todos los sectores ● Precalentamiento de agua para calderas 
● Calefacción de área de producción 
 
 
1.3.1. Usos en procesos industriales 
 
Calentamiento de agua 
 
El calentamiento del agua en procesos industriales con energía solar ha derivado en la 
reducción el consumo de combustibles fósiles, ahorros económicos significativos además 
de contribuir en la reducción de las emisiones de CO2 al ambiente. 
 
Captadores solares para calentamiento de agua industrial. 
(NOTA: elaborar una imagen similar a la mostrada). 
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Existen una gran cantidad de ejemplos de uso industriales del calentamiento de agua por 
medio solar, sin embargo, aquí sólo se muestran los ejemplos de una lavandería y una 
empresa dedicada a la fabricación de pan. 
 
Calentamiento de agua para lavado de ropa (Tomado de Procalsol (2007-2012)): 
 
 
Ubicación: Lavandería LavaTip, Ciudad 
de México 
Número de 
habitaciones: 
90 Habitaciones 
Características del 
equipo: 
20 colectores planos de 
2 m2 cada uno (40 m2 
instalados), un termo- 
tanque de 2,500 litros, 
bomba de agua 
Costo de inversión $ 68,000 (incluyendo 
instalación) 
¿Calentador de 
respaldo? 
Si (dos calderas de 
vapor) 
 
 
diario mensual Anual 
Consumo utilizando 
energía solar 
35 litros 840 litros 1,080 litros 
Consumo sin utilizar 
energía solar 
70 litros 1,680 litros 20,160 litros 
Ahorro de 
combustible 
35 litros 840 litros 10,080 litros 
Ahorro económico* $178 $4,275 $51,307 
*Precio de Diesel 5.93 pesos/litro en diciembre de 2007 (fuente: PEMEX) 
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Calentamiento de agua para mantenimiento y procesos con vapor (Tomado de Procalsol 
(2007-2012)): 
 
Ubicación: Grupo Bimbo, Planta Azcapotzalco 
Característic 
as del 
equipo: 
72 colectores planos de 2 m2 cada uno (144 m2 
instalados), un termo-tanque con capacidad de 7,500 
litros. 
Costo de 
inversión: 
$ 400,000 
Servicios Uso sanitario de agua caliente 
¿Calentador 
de respaldo? 
Si 
 
 
diario mensual Anual 
Ahorro de 
combustible 
84 m3 5,564 m3 30,770 m3 
Ahorro económico* $269 $8,205 $98,464 
Emisiones de 
CO2evitadas 
0.18 
Toneladas 
5.5 
Toneladas 
66 
Toneladas 
*Considerando un costo de 5.2 pesos/litro en gas LP en diciembre de 2007. Fuente: tomado de 
SENER. 
 
Generación de vapor con energía solar 
 
La generación de vapor por medio solar, es una de las variantes que se están aplicando 
en la industria de la generación de electricidad, tal es el caso de la Comisión Federal de 
Electricidad que adjudicó la construcción de un campo solar de 14 MW integrado al 
proyecto de ciclo combinado Agua Prieta II, en el estado de Sonora, con apoyo del Fondo 
para el Medio Ambiente Mundial (GEF, por sus siglas en inglés), el cual se prevé entre en 
operación en el año 2013. 
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Avances en la construcción del proyecto de ciclo combinado Agua prieta II. Fuente: tomado de la 
Bartolina, (2013). 
 
1.3.2. Usos en sistemas residenciales 
 
El agua calentada por medio solar en el hogar es utilizada para el aseo personal, para 
lavar vajillas, ropa, albercas, lavamanos, etc. Una instalación solar para el uso doméstico 
puede reducir entre el 60% al 80% del consumo de combustibles convencionales. 
 
El retorno de la inversión de los captadores solares es aproximadamente de 3 años, y el 
tiempo de vida promedio es de 15 a 20 años lo que repercute en un ahorro considerable y 
una inversión muy rentable. 
 
Captadores solares para calentamiento de agua residencial. 
(NOTA: elaborar una imagen similar a la mostrada) 
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1.3.3. Usos en sistemas recreativos 
 
Se ha mencionado que para usos recreativos está el calentamiento de agua para 
albercas, pero existen otros usos de mayores dimensiones, como puede ser instalaciones 
en hoteles, clubes deportivos, spas, entre otros. 
 
Calentamiento de agua para hidroterapia y regaderas en un club deportivo (Tomado de 
Procalsol (2007-2012)): 
 
Ubicación: "La Cantera", Club de Fútbol Soccer de los Pumas 
Característica 
s del equipo: 
165 colectores planos de 2 m2 cada uno (300 m2 instalados), una 
cisterna como depósito térmico de 20,000 litros, sistema 
neumático y de bombeo 
 
 
diario mensual Anual 
Ahorro de 
combustible 
150 litros 3,600 litros 43,200 litros 
Ahorro económico* $780 $18,720 $224,640 
Emisiones de 
CO2evitadas 
0.24 
Toneladas 
5.8 
Toneladas 
70 
Toneladas 
*Considerando un costo de 5.2pesos/litro en gas LP en diciembre de 2007. Fuente: 
SENER. 
 
Las aplicaciones de esta energía son diversas, tal como se mostró líneas arriba y para 
finalizar con esta primera unidad se describen algunas de las bondades del uso de la 
energía solar. 
 
Beneficios ambientales 
● No genera gases contaminantes (CO, CO2, NOX,SOx, etc.) 
● No genera ruido 
 
Beneficios energéticos 
● La fuente del recurso se puede considerar inagotable 
● Hay más disponibilidad, territorialmente hablando, que los recursos fósiles 
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Beneficios económicos 
● El recurso solar es gratuito 
● El tiempo de vida de los equipos solares puede ser de más de 15 años 
 
Otros beneficios 
● En un contexto generalizado existen menos riesgos explosivos que con las 
tecnologías que utilizan combustibles fósiles. 
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Cierre de la unidad 
Una de las conclusiones de mayor relevancia es que la energía solar es la energía 
renovable de mayor disponibilidad sobre la tierra. 
 
Hasta esta unidad, se te proporcionaron los datos y conceptos sobre la radiación solar, 
así como los elementos necesarios para el posicionamiento del sol y del captador solar. 
Además, se te presentó una breve introducción sobre la utilización de la energía solar 
térmica en nuestro país. 
 
En las siguientes unidades, se estudiará la clasificación de los sistemas termosolares 
terminando con un diseño del mismo apoyándote en los conocimientos obtenidos durante 
el estudio de esta unidad. 
 
Lo aprendido en esta unidad sirve de base para las subsiguientes unidades, donde 
conocerás las diversas tecnologías que transforman la energía solar en energía térmica y, 
finalmente, tengas la habilidad de diseñar un sistema termosolar. 
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Fuentes de consulta 
 
 
1. Duffie and Beckman (1980). Solar engineering of thermal processes. EU: John 
Wiley and Sons. 
 
2. Sanchez Maza, M.A (2008). Energía solar térmica. México: Limusa. 
 
3. Esa y NASA. (2013). Solar and Heliospheric Observatory (SOHO). Recuperado de 
http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/eit_304/512/ 
 
4. Geofísica UNAM (2013). Mapas estacionales de irradiación solar global para la 
República Mexicana. Recuperado de 
http://www.geofisica.unam.mx/ors/irradiacion.php 
 
5. Hukseflux (2013). Solar sensor. Recuperado de 
http://www.hukseflux.com/product_group/solar-sensors 
 
6. Pupo, L. P., González, R. H., Urdaneta, L. G., & Abreu, H. D. (2018). Propuesta de 
Integración de una Central Eléctrica Termosolar al Sistema Eléctrico 
Cubano. Tecnología Química, 38(3), 677-693. 
 
7. Ramos, D. B., Kaehler, J. W., Vargas, M. P., & de Moura Godoy, V. Exploração Integrada 
de Recursos Energéticos: estudo de caso em sala de aula. 
 
Recurso educativo 
• Software de gestión de energía limpia RETScreen Expert 
https://www.nrcan.gc.ca/maps-tools-and-publications/tools/modelling- 
tools/retscreen/7465 
http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/eit_304/512/
http://www.geofisica.unam.mx/ors/irradiacion.php
http://www.hukseflux.com/product_group/solar-sensors
http://www.nrcan.gc.ca/maps-tools-and-publications/tools/modelling-