ENERGIAS RENOVABLES

1. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
TERMAS SOLARES CON MATERIALES RECICLABLES
JANAMPA QUISPE, Kléber - kleber_jq@yahoo.es
CERÓN BALBOA, Octavio - ocb1326@hotmail.com
MORALES MORALES, Oswaldo - wal23do@gmail.com
ORÉ GARCÍA, Julio - julioore@yahoo.com
Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga - Área de Energía Solar
1. Energía solar y aplicaciones fototérmicas y fotovoltaicas.
Resumen. En el presente trabajo se diseña, optimiza y construye una terma solar con materiales reciclables para uso
doméstico. Como captador se adiciona aletas de lata de aluminio a los tubos de plástico de polietileno de alta densidad
(HDPE) que forman la parrilla del colector y están cubiertas con botellas de polietileno tereftalato (PET) para generar
el efecto invernadero. La terma ha permitido disponer 50 litros de agua caliente en el orden de 36º C promedio durante
el día y 30ºC en a media noche evaluados durante los días de invierno donde la temperatura durante la noche es del
orden de 15º C. El trabajo de investigación surge como parte del intercambio tecnológico en el marco del proyecto
“Inti, la energía que alimenta la Tierra”, entre la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, el Comité
regional de educación por el desarrollo internacional de Lanaudière (CREDIL-JOLIETTE) Québec Canadá y la Red
Ecológica Interinstitucional Hatun Sacha (RIHS), que con la finalidad de fomentar valores ecológicos, la cultura
reciclaje y la eficiencia energética se ha construido 10 termas para la población de la localidad de San Melchor
Ayacucho.
Palabras-clave: Terma solar, Reciclable, Botellas PET
1. INTRODUCCIÓN
El trabajo de investigación surge como parte del intercambio de apoyo técnico del grupo de investigación en
energía solar de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga (UNSCH), la Red Ecológica Interinstitucional
Hatun Sacha y el Comité régional d’éducation pour le développement international de Lanaudière (CREDIL) de
Québec Canadá, en el marco del programa de pasantía de estudiantes universitarios de Canadá y el proyecto “Inti, la
energía que alimenta la Tierra” que como parte de sus objetivos fue dotar de agua caliente de baja temperatura a un
grupo de familias de la localidad de San Melchor Santa Elena de Ayacucho. Mediante la construcción de las termas con
la participación de estudiantes universitarios de la UNSCH, los pasantes de Canadá y familias de San Melchor se han
incentivado valores ecológicos como el reciclado y uso eficiente de la energía disponible.
De la creciente demanda de energía y el consecuente deterioro del medio ambiente, surge la urgente necesidad de
seguir no sólo buscando nuevas formas de energía, como las fuentes de energía alternativa (energías renovables), sino
hacer un uso eficiente de la energía para garantizar el desarrollo sostenible medioambiental (CERNERGIA, 2003).
Ayacucho posee un potencial energético solar importante, por lo que va incrementándose el uso de las tecnologías
solares térmicas y fotovoltaicas (Serrano, 2004); en las aplicaciones térmicas, se han diseñado una variedad de modelos
de termas solares para uso industrial o comercial, pero que sin embargo hay una escasa cantidad de unidades instaladas
sobre todo en el sector familiar doméstico. En este trabajo se diseña, optimiza y construye una terma solar de baja
temperatura para uso doméstico familiar que utiliza materiales reciclables como las botellas de plástico el tereftalato de
polietileno (PET) y latas de aluminio utilizados en el envasado de gaseosas. Para el flujo del agua se utilizó los tubos de
plástico Polietileno de Alta Densidad (HDPE), que se caracteriza por ser flexible, resistente a la degradación UV, es
atóxica y tiene una vida útil de 50 años. La terma solar diseñada se basa en el efecto termosifón, donde el colector de
forma de parrilla se construye con los tubos de plástico negro HDPE a los que se adiciona placas de las latas de
aluminio como aletas y cada parrilla se cubre con las botellas PET para generar el efecto invernadero, se ha logrado
disponer de 50 litros de agua caliente para los meses de invierno de 36º C promedio para una intensidad de radiación
media de 587W/m2
entre las 10 a.m. y 2 p.m; durante las horas de la noche la temperatura media disponible en el tanque
de almacenamiento fue 30ºC hasta la media noche, siendo la temperatura ambiente de 15º C. El uso de botellas PET en
el diseño de termas solares fue iniciado en Brasil en el año 2002 por José Alano (Alano, 2004), en la que usa botellas
PET de 2L como cubierta de los tubos PVC y colectores de cajas de cartón negro, como diferencia nuestra propuesta
utiliza aletas de aluminio reciclado.
El uso de materiales reciclados ha permitido desarrollar programas de sensibilización de la población beneficiaria
para fomentar una cultura ecológica, como reciclar y reusar materiales, así como el disponer de agua calienta exige una
cultura de uso eficiente de la energía y del agua a nivel de las familia.
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

2. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
2. MATERIALES Y METODOS
2.1 Materiales
Para la construcción de la terma
 Tubos de plástico Polietileno de Alta Densidad (HDPE)
 Botellas de plástico tereftalato de polietileno (PET)
 Latas de aluminio
 Bidones de plástico de 120L y 70L
 Accesorios.
Para la evaluación térmica
 Radiómetro: UNI-100mV  1000W/m2
. Lectura mínima multímetro: 10 W/m2
 Termocuplas: Cobre – Konstantan. Lectura mínima en el multímetro: 1 o
C
 Anemómetro de copas giratorias. Lectura mínima 0.5 m/s.
 Multímetro Digital : 95 series Digital Multimeter
2.2 Método
La terma solar se basa en el efecto termosifón. Se dimensiona la terma para el uso de agua caliente sanitario de 4
personas por familia.
La evaluación térmica de la terma se basa los protocolos de evaluación de colectores solares, en la que se
caracteriza la eficiencia del colector, el coeficiente de pérdidas y la temperatura de calentamiento máximo del agua en
base al Manual técnico para termas solares (Orbegozo y Arivilca, 2010).
Se desarrollaron campañas de reciclaje de botellas, latas de aluminio y tecnofort con la participación de los
pasantes de Canadá, niños de San Melchor y alumnos de la UNSCH. Materiales que fueron lavados y desinfectados. Se
desarrollaron talleres a la población en el tratamiento de residuos orgánicos y en el uso eficiente de agua caliente y
manejo de la terma solar.
2.3 Diseño y construcción
Parrilla. Consta de una parrilla de siete tubos plástico de HDPE de cobre de 1.8cm de diámetro, unidos a dos
tubos colectores de cobre del mismo material y diámetro.
Figura 1- Curvas de flujo espectral de la radiación emitida por un cuerpo negro a diferentes temperaturas
80cm
140cm 137cm
10cm
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

3. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
Aletas: De color negro mate
Figura 2- Dimensiones de la aleta colectora.
Cubierta de botellas de plástico PET
Figura 3- Parrilla de tubo HDPE, aletas y cubierta de botellas PET de litro y medio
Tanque de almacenamiento. Se construye con dos tanques de plástico de 120 L y 70L, colocados
concéntricamente en cuyo espacio se agrega trozos de tecnofor, plásticos desmenuzado de las botellas d egaseosa
recuclados.
3,6cm
1,8cm
20cm
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

4. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
Figura 4- Tanque de almacenamiento de agua caliente, con aislante de tecnofort reciclado
Esquema del acabado y la instalación. El soporte sobre la que reposa el tanque de almacenamiento es una
estructura triangular de madera
Figura 5- Esquema del acabado e instalación de la terma solar casera
23º
50cm
60cm
60cm
38cm
140cm
54.7cm 48cm
Red
Uso
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

5. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
Figura 6- Esquema del acabado e instalación de la terma solar casera con participación de pasantes de Canadá,
estudiantes y docentes UNSCH
3. EVALUACION TERMICA
3.1 Calentamiento del agua
El tanque de almacenamiento de agua caliente se encuentra a una altura igual que el extremo superior del colector.
La cantidad de agua disponible es de 50lit que se calienta por efecto termosifón, el de suministro de agua fría está
conectado a la red.
Figura 7- Variación de la temperatura del agua a la entrada y salida del tanque de almacenamiento de 50 L.
0
20
40
60
80
10:45:00AM
10:55:00AM
11:05:00AM
11:15:00AM
11:25:00AM
11:35:00AM
11:45:00AM
11:55:00AM
12:05:00PM
12:15:00PM
12:25:00PM
12:35:00PM
12:45:00PM
12:55:00PM
01:05:00PM
01:15:00PM
01:25:00PM
01:35:00PM
01:45:00PM
01:55:00PM
02:30:00PM
03:30:00PM
04:30:00PM
05:30:00PM
06:30:00PM
07:30:00PM
08:30:00PM
09:30:00PM
10:30:00PM
11:30:00PM
Temperatura(oC)
Hora
Variación de la Temperatura del agua en Calentador solar
(05-06-2014) T1
Entrada
agua
caliente al
tanque
(°C)
T2
Entrada de
agua fría al
colector
(°C)
T
Ambiente
(°C)
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

6. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
Figura 8- Variación de la temperatura de calentamiento del agua en el tanque de la terma solar.
Los ensayos se realizaron, en días claros, próximos al medio día solar, el proceso de calentamiento entre las 10.45
am a 3.00 pm, y el de enfriamiento a partir de las 5pm hasta 12 de la media noche.
Tabla 1. Rango de variación de los parámetros térmicos en el calentador solar obtenido el 06 de julio de 2014
3.2 determinación de la eficiencia de placa del colector
La eficiencia estable la relación de cuánto de la energía suministrada se convierte en energía útil (Orbegozo y
Arivilca, 2010)
(%) =
í ú ( )
í ( )
100% (1)
La energía suministrada es la energía de la radiación solar que cae sobre la superficie del colector.
= (3)
La energía útil es la energía que permite calentar la masa de agua de la terma solar.
= ( − ) (2)
Siendo:
1.0
21.0
41.0
61.0
10:45:00AM
10:55:00AM
11:05:00AM
11:15:00AM
11:25:00AM
11:35:00AM
11:45:00AM
11:55:00AM
12:05:00PM
12:15:00PM
12:25:00PM
12:35:00PM
12:45:00PM
12:55:00PM
01:05:00PM
01:15:00PM
01:25:00PM
01:35:00PM
01:45:00PM
01:55:00PM
02:30:00PM
03:30:00PM
04:30:00PM
05:30:00PM
06:30:00PM
07:30:00PM
08:30:00PM
09:30:00PM
10:30:00PM
11:30:00PM
Temperatura(oC)
Hora
Variación de la Temperatura media del agua en el tanque del
calentador solar
(06-07-2014)
T
Ambiente
(°C)
T
media
(oC)
Hora
T1
superior
Entrada agua
caliente
(°C)
T2
Inferior
(°C)
Tamb
(°C)
Tamb
(°F)
Tplaca
(°C)
Radiacion
( W/m
2
)
Velocidad de viento
(m/s)
Maxima 42.0 38.2 24.7 76.4 57.0 680.0 2.6
Mínima 30.0 21.9 13.3 56.0 48.0 420.0 0.0
Promedio 38.1 28.5 21.0 69.7 53.4 577.4 1.0
Standard deviation 3.1 4.2 3.0 5.4 2.5 61.0 0.8
mediana 39.0 28.5 21.4 70.6 54.0 602.5 0.7
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

7. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
m: masa del agua
Cp: calor específico del agua
T1: Temperatura inicial del agua
T2: Temperatura final del agua
H: intensidad de radiación solar media
A: área del colector de la terma
Tabla 2. Magnitudes determinadas para el cálculo de la eficiencia de la terma solar
Magnitud Valor
Masa del agua: m 50 Kg
Calor específico del agua Cp 4186 J/kgo
C
Temperatura inicial del agua: T1 36.6 o
C
Temperatura final del agua: T2 27.0 o
C
Calor útil: Qu 0.56 KWh
Intensidad de radiación solar media: H 1.75 KWh/m2
Área del colector: A 0.882 m2
Eficiencia: e 36.2%
3.3 Pérdida de calor en una terma solar
Para medir la capacidad de la terma de mantener el agua caliente y consecuentemente la pérdida de calor en el
tanque de la terma solar, se determina la variación de temperatura del agua del tanque de la terma durante 8 horas
(Orbegozo y Arivilca, 2010). Durante ese lapso se mide la baja de temperatura del agua en el interior del tanque.
=
( )
(4)
Siendo el calor perdido
= ( − ) (5)
Tabla 3. Magnitudes determinadas para el cálculo de la eficiencia de la terma solar
CARACTERÍSTICA VALOR
Calor perdido: Qp 517.4 Wh
Temperatura inicial T1 36.4 O
C
Temperatura final T2 27.5 O
C
Temperatura ambiente: Tamb 15 O
C
Tiempo de enfriamiento: t 8h
Pérdida de calor: R 3.2 W/o
Cm2
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

8. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
4. DISCUSION
La terma solar construida es una alternativa simple de obtención de agua caliente para uso doméstico familiar,
son de autoconstrucción, con materiales reciclados de fácil acceso y de resultados térmicos apropiados para uso
sanitario de 3 a 4 personas. El costo aproximado de la terma está en el orden de 450 nuevos soles.
La terma solar presenta una eficiencia media de 36.23% para una intensidad de radiación solar media de
585W/m2
, menor en comparación a la eficiencia de termas de placas cuya eficiencia media puede alcanzar valores de
60% a 95% (Quinteros, 2012) , sin embargo es importante considerando los materiales reciclados utilizados.
El coeficiente de pérdida de la terma resulta 3.4W/o
Cm2
, mayor en comparación a termas de alto aislamiento
que muestran un coeficiente de pérdida de 1 - 2 W/ºCm2
(Orbegozo y Arivilca, 2010). Por otro lado el factor global de
pérdidas (UL) de colectores sin cubierta está en el orden de 15 a 25 W/ºCm2
(Placco,et al) de colectores con cubierta
simple esta alrededor de 7 W/ºCm2
, en el caso de la terma desarrollada queda por determinar el coeficiente global de
pérdidas para caracterizar el comportamiento global de la terma.
La terma solar de materiales reciclados, nos permite disponer 50L de agua caliente a 36o
C durante el día y 27º
C durante la noche, valores medidos durante los días de invierno en la ciudad de Ayacucho.
Se construyeron e instalaron 10 termas para igual número de familias de la localidad de San Melchor,
Ayacucho. A través de la construcción y uso de las termas solares se ha desarrollado la educación ambiental no formal
orientada al uso y manejo de las tecnologías ecológicas solares y en la cultura de respeto al Medio Ambiente.
5. BIBLIOGRAFIA
Alano, J.A. 2004. Manual sobre la construcción e instalación de calentadores solres con materiales reciclados. Brasil
CENTRO DE CONSERVACION DE ENERGIA Y DEL AMBIENTE (CERNERGIA). (2003) Diagnóstico de la
situación actual del uso de la energía solar y eólica en el Perú.
Orbegozo, C, Arivilca, R. 2010. Energía Solar Térmica. Manual técnico para termas solares. Green Energy Consultoría
y Servicios SRL
Placco,C; Saravia, L; Cadena,C. Colectores solares para agua caliente INENCO, UNSa –CONICET. Salta- Argentina
Quinteros, D,S. 2012. Estudio de la eficiencia del sistema solar térmico en el barrio San Valentín, Comuna de lo Prado.
Tesis para optar al título de Ingeniero Físico Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ciencia
Departamento de Física Santiago Chile.
Duffie J.A. Beckman W.A. 1991. Solar Engineering of Thermal Processes. 2da.Edición Wiley-Interscience, New York.
Serrano, P. 2004.Transferencia de tecnologías para energías renovables. Conceptos y modelos metodológicos.
Seminario Internacional Sobre Energía Solar Medio Ambiente y Desarrollo. Cuzco.
SOLAR THERMAL WITH RECYCLED MATERIALS
Summary. The present work is designed, optimized and built a solar thermo recyclable materials for domestic use. As
can gauge aluminum fins are added to plastic tubes, high density polyethylene (HDPE) that form the grid and collector
are covered with bottles of polyethylene terephthalate (PET) to generate the greenhouse effect. Thermae have allowed
50 liters of hot water in the order of 36 ° C average during the day and 30 ° C in at midnight evaluated during winter
days where the temperature at night is around 15 ° C. The research arises as part of the technological exchange under
the "Inti, the energy supplying the Earth" project between the National University of San Cristobal de Huamanga, the
regional education committee for the international development of Lanaudière (CREDIL-JOLIETTE) Canada and
Québec Hatun Sacha the Interagency ecological Network (RIHS), that in order to promote ecological values, recycling
and energy efficiency culture has built 10 springs for the population of the town of San Melchor Ayacucho.
Key words: Solar Terma, Recycling, PET Bottles
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.

9. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI- SPES), Piura, 10 -14.11.2014
An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file.
Purchase a license to generate PDF files without this notice.