Sistema de Colector Solar Térmico para Aguas Domiciliarias

SISTEMA COLECTOR SOLAR TÉRMICO PARA AGUAS DOMICILIARIAS
Proyecto de tesis para optar al título de
Ingeniero en Prevención de Riesgo, Calidad y Ambiente.
Carla Elizabeth Canivilo Andrade.
Felipe Ignacio Gallardo Gaitán.
Ignacio Andrés Ponce Cortes.
Profesos guía:
Manuel Alfredo Alfaro Orestegui.
Calama, diciembre 2016.
Sede Calama.

SISTEMA COLECTOR SOLAR TÉRMICO PARA AGUAS DOMICILIARIAS.
DEDICATORIA.
Dedico de manera especial
a mi hija Florencia Consuelo Gallardo Sarria
y mi pareja Gabriela Fernanda Sarria Román,
pues ellas, fueron el principal motivo e impulso
en toda mi trayectoria universitaria,
apoyando de forma emocional y motivacional
en cada instante transcurrido en este desafío.
A mi padre Jimmy Abdomiro Gallardo Estay,
por apoyar de forma motivacional y económicamente,
por entregar los medios necesario para un futuro estable.
Felipe Ignacio Gallardo Gaitán.
Ingeniería en Prevención de Riesgo, Calidad y Ambiente.
Inacap, sede Calama.
2016.
Dedico este proyecto tesis a todas las personas
que aportaron con un granito de arena
para poder llegar al término de este capitulo
para comenzar otro aún mejor.
especialmente a mi madre Marcela Soledad Cortés Morgado
que me apoyo en toda esta etapa De formación profesional.
A mis amigos por motivarme a seguir
cumpliendo mis propósitos de vida.
A Dios por otorgarme la ayuda
Necesaria en los momentos exactos.
Ignacio Andrés Ponce Cortés.
2016.

Agustina Pascalle Drapela Canivilo,
sé que en estos momentos no entenderás mis palabras,
pero para cuando seas capaz, quiero que sepas que sin ti nada hubiese tenido sentido,
tú eres lo más importante para mí. Tú eres mi mayor motivación,
la razón para no rendirme y
seguir esforzándome día a día. Por tu presente y nuestro mañana.
Gracias hija.
Quiero dedicar esta tesis A mi Madre Sandra Andrades
y a mi Padre Broderick Canivilo. Mamá tus fuerzas son impresionantes,
tu amor es tan grande que no existe un no puedo,
a la hora de brindar tu ayuda, eres uno de los pilares fundamentales en mi vida,
sin ti mi camino no tiene rumbo.
papá, tan imaginativo y constructor,
llenas de energía mi vida con tus ideas, por tu apoyo incondicional
y nuca dejarme ni en los peores momentos.
todo lo que soy es gracias a ustedes.
Familia, amigos, profesores y personas especiales en mi vida,
no podría sentirme más afortunada con su cariño,
dedicación y apoyo que me brindan desde que tengo memoria.
personas de bien, seres que me ofrecen amor,
bienestar y lo bello de la vida.
Carla Elizabeth Canivilo Andrades
2016.

AGRADECIMIENTOS.
Agradecemos principalmente a nuestras familias por el apoyo incondicional, moral y económico
para seguir estudiando y lograr el objetivo de un futuro mejor
A Universidad Tecnológica de Chile Inacap, por la oportunidad de formarnos como grandes
futuros profesionales.
Agradecemos a todos nuestros docentes del área de procesos industriales, en especial a la
profesora Myriam Rojas, por apoyarnos en nuestra etapa final de tesis.

ÍNDICE GENERAL.
Contenido
INTRODUCCIÓN..............................................................................................................................................1
OBJETIVO GENERAL........................................................................................................................................2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................................................................2
METODOLOGÍA DEL TRABAJO........................................................................................................................3
Planteamiento de metodología: ................................................................................................................3
En el presente proyecto se desarrolló e investigo lo siguiente: ................................................................3
MARCO TEÓRICO............................................................................................................................................4
Historia de la Energía Solar. .......................................................................................................................4
Energía Solar Térmica.................................................................................................................................5
Solar Fotovoltaica.......................................................................................................................................7
LAS ENERGÍAS RENOVABLES. .......................................................................................................................10
Ventajas de Energías Renovables.............................................................................................................10
Sus ventajas son las siguientes.....................................................................................................................12
Limpia.......................................................................................................................................................12
Inagotables...............................................................................................................................................12
Seguras.....................................................................................................................................................12
Accesibles.................................................................................................................................................12
Reduce la dependencia energética..........................................................................................................13
Evitan conflictos geopolíticos...................................................................................................................13
Reducen la inseguridad económica. ........................................................................................................13
Crean riqueza y empleo. ..........................................................................................................................13
Económicas...............................................................................................................................................14
Ahorro y eficiencia energética. ................................................................................................................14
Ejemplo de beneficio de energía renovable. ...............................................................................................15
España ......................................................................................................................................................15
DESARROLLO DE SISTEMA DE COLECTOR SOLAR TÉRMICO PARA AGUAS DOMICILIARIAS.........................17
INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................17
CAPITULO I. ..................................................................................................................................................18

1.- PROBLEMÁTICA.......................................................................................................................................18
Diagnóstico (INE)......................................................................................................................................18
1.1.- CALIDAD DE VIDA.............................................................................................................................19
1.2.- SOLUCIÓN. ...........................................................................................................................................21
Vulnerabilidad..........................................................................................................................................21
Calidad de vida.........................................................................................................................................21
Lo que ayudará a:.....................................................................................................................................21
CAPITULO II. .................................................................................................................................................22
2.- INSUMOS UTILIZADOS EN EL PROYECTO DE SISTEMA DE COLECTOR SOLAR TÉRMICO.........................22
2.1.- ETAPAS DE CONSTRUCCIÓN.................................................................................................................29
CAPITULO III. ................................................................................................................................................40
3.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA Y FUNCIONAMIENTO..................................................................................40
3.1.- EFECTO INVERNADERO. .......................................................................................................................40
3.2.- MANTENIMIENTO SCST........................................................................................................................41
3.3.- TEMPERATURAS CIUDAD DE CALAMA.................................................................................................41
CAPITULO IV. ................................................................................................................................................42
4.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE COLECTOR SOLAR TÉRMICO (SCST) DE MAYOR ENVERGADURA......42
4.1.- ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN DE LOS COLECTORES...........................................................................42
4.2.- CAPTADOR DE CALOR. .........................................................................................................................43
4.3.- TANQUE ACUMULADOR. .....................................................................................................................44
4.4.- ESTRUCTURA DE SOPORTE...................................................................................................................45
CAPITULO V. .................................................................................................................................................46
5.- CLIMATOLOGÍA. ......................................................................................................................................46
5.1.1.- Temperatura promedio ciudad de Calama...................................................................................46
5.1.2.- Radiación horizontal, normal y en un plano inclinado. ................................................................47
5.1.3.- Radiación Diaria, Mensual y Anual Ciudad de Calama..................................................................47
5.1.4.- Temperatura Anual Ambiental. ....................................................................................................51
5.1.5.- Velocidad del Viento Ciudad de Calama.......................................................................................53
CAPITULO VI. ................................................................................................................................................55
6.- ALGORITMO DE VERIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE LA CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA (CSM). ..55
6.1.- Datos de entrada del algoritmo:......................................................................................................55
6.1.1.- Contribución Solar Mínima (Algoritmo)........................................................................................56

6.1.2.- Ahorro Gas licuado........................................................................................................................56
6.1.3.- Rendimiento mensual del SCST. ...................................................................................................56
6.1.4.- Rendimiento Energías No Renovables VS Energías Renovables...................................................57
6.1.5.- Volumen Interior de un Cilindro. ..................................................................................................58
CAPITULO VII. ...............................................................................................................................................59
7.- ENCUESTA. ..........................................................................................................................................59
Encuesta “Sistema de Colector Solar” A La Población, Ciudad de Calama. .................................................59
7.1 Encuesta Realizada a Población vulnerable en la ciudad de Calama.................................................66
CAPITULO VIII. ..............................................................................................................................................67
8.- COSTOS....................................................................................................................................................67
CAPITULO IX. ................................................................................................................................................68
9.- CARTA GANTT..........................................................................................................................................68
9.1.- PLAN DE ACCIÓN..................................................................................................................................69
CONCLUSIÓN................................................................................................................................................70
GLOSARIO TECNICO......................................................................................................................................71
BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................................................72
ANEXOS. .......................................................................................................................................................73
1.- Carta Gantt interpretada en gráficos..................................................................................................73
Grafico 2...................................................................................................................................................73
2.- Carta Gantt tablas de Elaboración teórica del proyecto.....................................................................74
3.- Tabla de Capacitación de Proyecto Tesis............................................................................................74
4. Encuestas a población vulnerable en la ciudad de Calama..................................................................75

SISTEMA COLECTOR SOLAR TÉRMICO PARA AGUAS DOMICILIARIAS. Página 1
INTRODUCCIÓN.
Para la energía solar desde tiempos memoriales, se han desarrollado y descubierto sistemas
que sin saber han contribuido en gran magnitud a beneficiar al medio ambiente, que hasta el
día de hoy analizamos para poder elaborar algún proyecto relacionado.
La energía solar tiene muchos beneficios para nuestros hogares y medio ambiente, los cuales,
muy pocas personas son conscientes de estos mismos. Es por ello, que nosotros daremos a
conocer de los beneficios que otorga la energía Solar, por tal motivo llegamos a aquellos
hogares que más lo necesitan, vale decir, a las familias más vulnerables en la ciudad de
Calama, con el propósito de mejorar la calidad de vida de aquellos que más lo necesitan.
La enseñanza de los correctos materiales que se deben utilizar y las etapas que deben de
establecerse para poder obtener una correcta elaboración del Colector Solar. Cada pieza
tiene su función respectiva. Las personas que confeccionarán un Colector Solar deben estar
conscientes del procedimiento de las etapas de elaboración, y realizar de acuerdo a lo
establecido ya que de lo contrario, no se obtendrán los resultados esperados.
El clima en la ciudad de Calama incide en gran magnitud para el uso de la energía Solar, dado
que, ésta se encuentra presente durante todo el año, lo que debe considerar los niveles de
radiación, temperatura y variantes para el rendimiento del Colector Solar.
La obtención del tamaño correcto se determina a través de un algoritmo. El estudio realizado
al mercado demostró que el proyecto de Colector Solar para Familias vulnerables tiene una
reducción económica de 9 veces el precio mercado (la disminución de costos fue de
$580.000).

OBJETIVO GENERAL.
Diseñar, Construir e implementar un sistema de colector de agua cuya principal característica es
el aprovechamiento de la energía solar, utilizando para ello una cantidad de materiales reciclados
e implementos de bajo costo, con el propósito de poner este dispositivo al servicio de pobladores
de situación socioeconómica más vulnerables de la ciudad de Calama, lo que les permitirá con
pocos recursos económicos mejorar su calidad de vida.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
 Diseñar.
 Construir.
 Implementar.
 Utilizar materiales reciclados.
 Bajo costo.
 Estudio de vulnerabilidad de la población de Calama.
 Reducción de costos derivados de la utilización de calefón, gas licuado y calefactor solar
industrial.

METODOLOGÍA DEL TRABAJO.
Planteamiento de metodología:
Obtener energía térmica a través de un Colector Solar Térmico expuesto a la radiación solar, para
aprovechar la gran disposición de energías renovables respecto a la zona donde nos
encontremos. En este caso, en la ciudad de Calama que nos ofrece un gran abastecimiento de
Energía Solar.
En el presente proyecto se desarrolló e investigo lo siguiente:
- En la ciudad de Calama se investigó en relación al estudio sobre la temperatura, radiación,
velocidad del viento existente, a nivel mensual y anual.
- Realización de entrevistas a diferentes familias que viven en zonas vulnerables en la ciudad
de Calama, con el propósito de interiorizarnos sobre los conocimientos de la población
con menos recursos de acuerdo, a las energías renovables, específicamente la energía
solar.
- Un estudio del mercado sobre los valores de los Colectores Solares, con el fin de demostrar
la gran diferencia de ahorro económico que tendrán las familias dispuestas a implementar
este Sistema.
- Un estudio del tamaño correcto de un Colector Solar a requerir, con lo dispuesto en los
cálculos que se realizan en Chile, para obtener un Colector Solar que funcione de acuerdo
a las necesidades.
- Capacitar a 3 familias sobre el correcto funcionamiento, instalación, construcción y
mantenimiento del Colector Solar confeccionado.

MARCO TEÓRICO.
Historia de la Energía Solar.
La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación
electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido
aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han
ido evolucionando. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de
diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo
transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o
energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que
afronta la humanidad.2
Las diferentes tecnologías solares se pueden clasificar en pasivas o activas según cómo
capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso
de paneles fotovoltaicos y colectores solar térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas
pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la
orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o
que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios
mediante ventilación natural.

Energía Solar Térmica.
Desde la antigüedad se inventaron artefactos capaces de hacer un uso útil de la radiación solar
y unos de los primeros fueron los Griegos y Romanos ya en el Siglo (III a.C.) fueron capaces de
prender las antorchas de los rituales religiosos por medio de unos recipientes en forma parabólica
con el interior reflejante. El funcionamiento de este artefacto era sencillo, bastaba con exponerlo
los días soleados al sol para que la radiación se concentrara en su foco alcanzando altas
temperaturas y en el momento en el que se ponía una antorcha en el foco esta prendía en pocos
segundos.
En una época en la que se estaba lejos de entender la naturaleza de la radiación solar, la
generación de fuego de esta forma era considerada un prodigio digno de los dioses.
Un hecho fundamental en la historia de la energía solar térmica la originó en Suiza, Horace de
Saussure en el año de (1767) cuando inventó lo que se denominó como Caja Caliente.
Saussure era conocedor del efecto invernadero que se produce en todo espacio cerrado que
cuenta con una apertura acristalada por donde entra la radiación solar y decidió potenciar al
máximo el efecto para comprobar hasta que temperaturas se lograba alcanzar. Para ello dispuso
una caja acristalada con el interior pintado de negro. Todas las caras, excepto la acristalada,
contaban con una capa de aislante que retenía el calor producido en su interior.
El resultado fue que con su caja caliente logró alcanzar temperaturas de hasta (109 ºC). A partir
de su invento surgirán todos los desarrollos posteriores de calentadores solares de agua de placa
plana que se han proporcionado agua caliente a millones de personas en el mundo.
A efecto de calcular la energía radiante emitida, el sol se comporta como un cuerpo negro a una
temperatura equivalente de (5777° K), constituyendo una fuente térmica de alto valor energético.
Ahora bien, la radiación solar en las condiciones que llega a la Tierra sólo alcanza (1.367 kW/m2),
siendo necesaria su concentración para producir electricidad por vía térmica. Para la generación
de energía solar termoeléctrica es necesario utilizar sistemas de concentración óptica de la
radiación solar para conseguir mayores densidades de flujo y temperaturas más elevadas. Los
sistemas de concentración más desarrollados son:

a) Concentrador Cilíndrico Parabólico, que viene a ser un reflector parabólico lineal que
concentra la luz sobre un receptor posicionado a lo largo de la línea focal del reflector.
b) Cilindro Cerrado, que consiste en encapsular el sistema termal solar al interior de un
edificio de vidrio con matiz de invernadero.
c) Reflectores Fresnel, que consisten en tiras de espejos delgados y planos que
concentran la luz del sol sobre tubos dentro de los cuales se bombea el líquido de
trabajo.
d) Disco Stirling, consiste en un reflector parabólico único que concentra la luz del sol en
un receptor posicionado en el punto focal del reflector, por lo que el reflector sigue al
sol en dos ejes.
e) Central Solar de Torre Central, es un conjunto de reflectores con capacidad de
seguimiento en dos ejes, que permiten concentrar la luz solar sobre un receptor central
instalado en una torre, el receptor contiene un fluido almacenado en un depósito.
Las tecnologías mencionadas requieren configuraciones que se aproximan en mayor o menor
grado a la geometría ideal, el paraboloide de revolución. En tanto que los colectores cilindro
parabólicos sólo tienen la geometría parabólica en su sección transversal, en los sistemas de
receptor central, los helióstatos conforman virtualmente fragmentos de un conjunto de
paraboloides homo-focales y, en los discos parabólicos, sus características geométricas definen
paraboloides de revolución. Los discos parabólicos vienen a ser la tecnología solar de
concentración con mayor potencial de aplicación a medio y largo plazo, por su modularidad y por
las altas eficiencias alcanzadas en conversión de radiación solar a electricidad, así bien, los
sistemas de receptor central tienen la particularidad de poder generar electricidad con altos
factores de capacidad, por medio de la incorporación de subsistemas de almacenamiento térmico.
La radiación solar se puede utilizar también para aplicaciones térmicas, tanto en edificios, para
agua caliente, calefacción y refrigeración, como en procesos industriales que necesiten el
calentamiento de fluidos.

Solar Fotovoltaica.
Alexandre Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico a en el año de (1938), mismo que
consiste en la transformación directa de la luz en electricidad utilizando un semiconductor,
algunos años más tarde, en (1877), el inglés William Grylls Adams profesor de Filosofía Natural
en la King College de Londres, junto con su alumno Richard Evans Day, crearon la primera célula
fotovoltaica de selenio. Si bien es cierto, en todos estos descubrimientos la cantidad de
electricidad que se obtenía era muy reducida y quedaba descartada cualquier aplicación práctica,
ya que se demostraba la posibilidad de transformar la luz solar en electricidad por medio de
elementos sólidos sin partes móviles.
De este modo, tuvo que transcurrir un siglo más hasta que Gerald Pearson de Laboratorios Bell,
patentó la primera célula fotovoltaica en el año de (1953), mientras experimentaba con las
aplicaciones en la electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula fotovoltaica
basada en este material que resultaba mucho más eficiente que cualquiera hecha de selenio. A
partir de este descubrimiento, otros dos científicos también de Laboratorios Bell, de nombre Daryl
Chaplin y Calvin Fuller perfeccionaron este invento y produjeron células solares de silicio capaces
de proporcionar suficiente energía eléctrica como para que pudiesen obtener aplicaciones
prácticas de ellas. De esta manera empezaba la carrera de las placas fotovoltaicas como
proveedoras de energía. A partir de ese momento la eficiencia de las células no ha dejado de
crecer y su campo de aplicaciones se ha extendido enormemente, desde los pequeños
electrodomésticos, sistemas de iluminación, sensores remotos, sistemas de bombeo y desalación
de agua, hasta las centrales de producción de energía eléctrica. La modularidad de los paneles
fotovoltaicos es una característica esencial para la versatilidad de este tipo de energía, muy
apropiada para los países con bajo nivel de renta que no disponen de redes de transporte de
electricidad.
Este tipo de energía es una tecnología que genera corriente continua, que viene a ser medida en
vatios o kilovatios, por medio de semiconductores cuando éstos son iluminados por un haz de
fotones. Mientras la luz incide sobre una célula solar, que es el nombre dado al elemento
fotovoltaico individual, se genera potencia eléctrica; cuando la luz se extingue, la electricidad
desaparece. Las células solares no necesitan ser cargadas como las baterías, pudiéndose
mantener algunas células solares en operación terrestre o en el espacio por años. El siglo (XXI)
nace con una premisa para el desarrollo sostenible del medio ambiente.

El creciente desarrollo industrial y de consumo trae como consecuencia un deterioro del ambiente
a través de las emisiones de CO2 y otros gases que además de destruir la capa de Ozono afectan
la salud del hombre, por lo que el amparo del medio ambiente es compromiso de la humanidad,
gobiernos, personas e industria.
Hoy día vemos un gran crecimiento, tanto en la producción de paneles solares cada vez más
económicos como en la implementación de grandes plantas solares conectadas a la red eléctrica.
Australia y Estados Unidos no firmaron el tratado de Kyoto, sin embargo construyeron las más
grandes Plantas Fotovoltaicas. En Estados Unidos de América, precisamente en Nuevo México
se encuentra una planta de (300 MW) y en Arizona otra de (280 MW), en Australia en la ciudad
de Mildura, Victoria se está construyendo una planta de (154 MV). Se proyecta que estos dos
países que no ratificaron el tratado de Kyoto y sin embargo, tienen las mayores plantas
fotovoltaicas y continúan con la implementación de las mismas.
El autoconsumo fotovoltaico es una alternativa para la reducción del CO2, sin embargo, son muy
escazas las políticas de ayuda de cualquier tipo a los productores de autoconsumo.
En este caso, además de la protección del medio ambiente el directo beneficiario es el
consumidor. Las instalaciones fotovoltaicas se realizan por iniciativa privada y sin ningún tipo de
ayuda. En los países desarrollados, se han desarrollado numerosas aplicaciones y un ejemplo
de ellas son las siguientes:
 Electrificación de viviendas rurales.
 Suministro de agua a poblaciones.
 Bombeo de agua y riegos.
 Naves ganaderas.
 Pastores eléctricos.
 Telecomunicaciones.
 Telefonía móvil y rural.
 Tratamiento de aguas.
 Alumbrado público.
 Conexión a la red.
 Protección catódica.
 Sistemas de telecontrol vía satélite, respectivamente.

La tecnología fotovoltaica actual está basada en el silicio cristalino, sin embargo se están
ensayando otros materiales en lámina delgada que podrían ocupar una cuota importante del
mercado en los próximos años. Si bien los costos se han ido reduciendo gradualmente como
consecuencia de las mejoras en las tecnologías de producción y del aumento de la eficiencia de
células y módulos, están situados aún en un nivel muy alto en comparación con otras fuentes
primarias de energía.

LAS ENERGÍAS RENOVABLES.
Se crean en un flujo continuo y se disipan a través de ciclos naturales que se estima son
inagotables, ya que su regeneración es incesante. Este tipo de energía es el que se explicará en
detalle más adelante, en donde se definían todos sus tipos y por consiguiente sus usos.
Ventajas de Energías Renovables.
Cuando se usan fuentes energéticas renovables para generar electricidad, las mismas son mucho
más limpias que los combustibles usados convencionalmente para producir energía.
Las plantas de generación de energía renovable producen poca o ninguna emisión de gases o
desechos que pudieran contaminar el ambiente. Los propietarios de casas que instalan recursos
de energía renovable en sus hogares, tales como sistemas de calefacción solar de agua, pueden
reducir sus recibos de suministro de electricidad. Asimismo, cuando las compañías que proveen
servicio de electricidad usan energía solar o de viento, la electricidad generada reduce la cantidad
de electricidad que debe ser producida mediante fuentes no renovables.
De una manera general se puede hablar de ventajas en las energías renovables teniendo en
cuenta las limitaciones de esta simplificación. Beneficios ambientales que en un tipo de energía
pueden ser evidentes, se convierten en otra en un coste ambiental, el grado es muy variable
según la energía y la tecnología empleada.
El beneficio innegable de las energías renovables desde un punto de vista exclusivamente
ambiental es el de ayudar a reducir la presencia de CO2 y otros gases en la atmósfera,
permitiendo con esto reducir el cambio climático debido a factores humanos.
Las energías que no tienen un componente biológico en su proceso de obtención favorecen
claramente la consecución de este objetivo. No es así en el caso aquellas energías que presentan
un balance de CO2 sobre la atmósfera neutro o claramente negativo. Otro beneficio es la
reducción de contaminantes de todo tipo generados por la producción de energías
convencionales, tanto en la extracción como en la generación de energías. La totalidad de
energías renovables o no genera ninguna sustancia nociva digno de mención o ayuda a la
eliminación y transformación de subproductos industriales o biológicos, como por ejemplo en la

energía obtenida del biogás, sustituyendo también parcialmente a la industria de fertilizantes
industriales con un gran poder contaminante sobre el medio.
El carácter inagotable de este tipo de energías es un factor también decisivo frente a las
convencionales, aunque en el caso de muchas de ellas no se tiene en cuenta en esta valoración
el consumo del recurso suelo, que es cada día más limitado.

Sus ventajas son las siguientes.
Limpia.
La energía solar produce energía sin emitir gases, lo que las convierte en un aliado indispensable
para luchar contra el cambio climático. Los gobiernos se ven abocados a avanzar en esa dirección
por compromisos internacionales como el Protocolo de Kyoto, firmado por 200 países y que
marca entre sus metas reducir al menos un 5% las emisiones entre 2008 y 2012 (tomando como
referencia los registros de 1990), o por políticas supranacionales como el objetivo marcado por
la Unión Europea de que esa reducción alcance el 20% en 2020. Recientemente la CE ha
mostrado su deseo de que en 2050 la reducción de emisiones alcance entre el 80% y el 95% del
nivel de 1990.
Inagotables.
De ahí su nombre. Los combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas no se reponen,
mientras que el sol, el agua o el viento son fuentes de energía permanentemente disponibles.
Seguras.
La generación por renovables no ofrece riesgos para las personas ni para el medio ambiente, lo
que supone una ventaja con respecto a las dudas que despierta la seguridad de la energía nuclear
o la preocupación por la contaminación asociada al consumo de combustibles fósiles.
Accesibles.
Agua, sol y viento son fuentes de energía accesibles para todo el mundo, por lo que la instalación
de capacidad de generación renovable en cantidad y diversidad suficiente es una base de
suministro autóctona para cualquier país.

Reduce la dependencia energética.
Al ser un recurso accesible, eliminan la necesidad de importar combustibles fósiles de los países
ricos en gas y petróleo. La importación de materias primas energéticas tiene costos económicos,
y también, estratégicos. Una elevada dependencia energética del exterior puede arrojar
incertidumbre sobre el suministro por problemáticas políticas o económicas de los países
proveedores.
Evitan conflictos geopolíticos
. Las disputas sobre el control y la propiedad de materias primas, existentes en un reducido
número de países, son una de las principales causas de conflictos territoriales y geopolíticos. Por
el contrario, las renovables son un recurso distribuido, que evita esos problemas.
Reducen la inseguridad económica.
Los costos de la energía renovable se pueden visualizar y planificar, únicamente sobre la base
de las inversiones necesarias para explotarlas y no del coste de la materia prima. Los
combustibles fósiles, y muy especialmente el petróleo, están sujetos a grandes oscilaciones que
favorecen la especulación en los mercados y que rompen cualquier planificación.
Crean riqueza y empleo.
La energía solar es una fuente de riqueza al evitar importaciones y, por tanto, transferencias al
exterior. Disponer de una materia prima básica como la energía solar asienta una base de
competitividad para las industrias. Por su naturaleza, las energías renovables activan el desarrollo
en zonas rurales, favoreciendo una mejor vertebración del territorio, y pueden actuar como
locomotora industrial y tecnológica en la economía. Todo ello, a la postre, permite crear empleo.

Económicas.
Sol y viento están disponibles sin costo, aunque hay que realizar inversiones y desarrollar
tecnología eficiente para poder aprovecharlos como fuente de energía. El actual modelo
económico está basado en combustibles fósiles, con una estructura de costos que no penaliza
sus efectos medioambientales y que no es transparente en los incentivos recibidos. Las
tecnologías renovables maduras, como la eólica, serían de hecho ya competitivas o incluso más
baratas que otras fuentes a nivel industrial, si éstas se expandieran de forma internacional todos
las daños ambientales disminuirían increíblemente otorgando beneficios a los empresarios y a
nuestro medio ambiente.
Ahorro y eficiencia energética.
En los países industriales la industria utiliza entre la cuarta parte y un tercio del total de energía
consumido en el país. En los últimos años se ha notado un gran avance en la reducción del
consumo de energía por parte de las industrias. Las empresas se han dado cuenta de que una
de las maneras más eficaces de reducir costos y mejorar los beneficios es usar eficientemente la
energía. Reciclar las materias primas es una de las maneras más eficaces de ahorrar energía.
En la construcción, puede ahorrar mucha energía aislando adecuadamente las viviendas, oficinas
y edificios que necesitan calefacción o aire acondicionado para mantenerse confortables.
Construir un edificio con un buen aislamiento cuesta más dinero, pero a la larga es más
económico porque ahorra mucho gasto de calefacción o de refrigeración del aire. En casas
pequeñas medidas tan simples como plantar árboles que den sombra en verano o que corten los
vientos dominantes en invierno, se ha demostrado que ahorran entre un 15% a un 40% del
consumo de energía que hay que hacer para mantener la casa confortable.
Respecto al combustible, el transporte emplea gran parte del petróleo consumido. Por esto,
cualquier ahorro de energía en los motores o el uso de combustibles alternativos que contaminen
menos, tienen una gran repercusión. También se están construyendo interesantes prototipos de
coches que funcionan con electricidad, con metanol o etanol o con otras fuentes de energía
alternativas que contaminan menos y ahorran consumo de petróleo. Interesan coches eléctricos
que consuman electricidad producida con gas o, mejor, con energía solar o hidrógeno.

Ejemplo de beneficio de energía renovable.
España
Ha sido un país pionero en impulsar las energías renovables a través del marco regulatorio, y esa
apuesta ha tenido sus frutos, convirtiendo las renovables en una alternativa real para reducir la
dependencia energética de otros países, que aún supera el 80%, y generando tecnología e
industrias exportadoras.
 Las energías renovables en España en el año 2010:
 Cubrieron el 32,6% de la demanda eléctrica.
 Evitaron la emisión de cerca de 32 millones de toneladas de CO2.
 Evitaron importaciones por valor de casi 4.000 millones de euros.
 Redujeron el déficit comercial en torno al 8,5%.
 El sector de energías renovables ha creado casi 100.000 empleos en España.
 Tres empresas están entre las cinco primeras del sector termo solar.
 ¿Sabías que el 85% de la energía que usamos proviene de los combustibles fósiles?
Los combustibles fósiles son los que provienen del carbón, el petróleo y el gas natural.
Con esta tasa el mundo prácticamente depende de la oferta de combustibles fósiles. Pero
el tema común que se presenta es que los combustibles fósiles se están agotando. De
hecho, tarda millones de años restaurar completamente los combustibles fósiles que se
han utilizado en unos pocos miles. Esto significa que los combustibles fósiles son fuentes
no renovables de energía.
 Ahí es donde viene la energía renovable en forma de resolución de este problema
mundial. Las energías renovables son una fuente natural que se puede reponer
naturalmente en un corto período de tiempo. Algunas de las energías renovables son las
que provienen de la energía del sol, la energía del viento, y la energía del agua corriente
y energía geotérmica .

 La energía solar puede ser utilizada para suministrar electricidad en los hogares o
edificios. La energía solar también puede ser utilizada directamente para proporcionar
calor. Se puede convertir la energía cinética del viento en electricidad también. Y la
energía del agua (energía hidráulica) es otro método común para la obtención de energía.
Y por último pero no menos importante otra fuente renovable utilizada hoy en día se llama
energía geotérmica. La energía geotérmica es el calor y el vapor capturados dentro de la
Tierra.
 Las energías renovables son opciones maravillosas porque son ilimitadas. No vamos a
quedarnos sin ellas. También otro gran beneficio del uso de energía renovable es que
muchas de ellas no contaminan el aire y el agua de la forma en la que lo hacen la quema
de combustibles fósiles.

DESARROLLO DE SISTEMA DE COLECTOR SOLAR TÉRMICO PARA AGUAS
DOMICILIARIAS.
INTRODUCCIÓN.
El sol produce energía en forma de radiación electromagnética (derivada de las reacciones de
fusión que tienen lugar en su interior, por las que el hidrógeno que contiene se transforma en
helio) y es sin duda la fuente energética más grande con la que cuenta la Tierra, considerándose
inagotable. Los fenómenos producidos por el Sol dan origen a los recursos en los que se basan
las energías renovables. Un SCST (Sistema de Calefacción Solar Térmico) transforma la energía
solar en energía térmica.
La radiación solar se define como la energía procedente del Sol en forma de ondas
electromagnéticas y es una magnitud que se puede expresar en términos de potencia o energía
por unidad de área: KWh. En Chile, cada m² de superficie horizontal recibe, de norte a sur, entre
2.200 y 900 KWh de energía al año.
La instalación de un SCST permite entregar un beneficio a las familias que no cuentan con un
medio (según el Censo 2002, un 43% de los hogares chilenos no lo posee), lo que se traduce en
una mejora sustantiva en su calidad de vida. Y para las familias que si cuentan con un medio para
la producción (generalmente calefón a gas), la incorporación de un SCST puede generar un
ahorro importante en el consumo anual de energía.
Finalmente, la incorporación de un SCST en el sector vivienda, permite generar una importante
disminución en el consumo de energía como el gas, la electricidad o la leña, sustituyéndola por
una energía limpia y renovable como la energía solar.

CAPITULO I.
1.- PROBLEMÁTICA.
Diagnóstico (INE).
Dado que uno de los propósitos de la tesis está directamente relacionado con el beneficio que
puede aportar la utilización de la energía renovable a los sectores de la población más
vulnerables de Calama, capital de la provincia El Loa, se consideró necesario incorporar
antecedentes referidos a la población, para lo cual, se recopiló información que fue extraída,
principalmente del Censo de Población y Vivienda del año 2002 del Instituto Nacional de
Estadísticas (INE), permite caracterizar a la población en distintos aspectos en un momento
determinado y en distintas niveles territoriales, ya sean nacionales, regionales o comunales. Se
entrega información estadística de población total del país, desagregada por grupo de edad y
sexo, además de información sobre declaración de pertenencia a etnia y religión. Del análisis de
estas características de la población se entregan índices de masculinidad y de dependencia
demográfica. Según el Censo del 2002 la población nacional estaba compuesta por 15.116.435
personas, mientras que para el 2015 la proyección de la población estimada era de 18.006.407
personas, lo que representa un 19,1% de aumento.
Territorio Año 2002 Año 2015 Variación (%)
Comuna de Calama 138.402 176.459 27,50
Región de Antofagasta 493.984 622.640 26,04
País 15.116.435 18.006.407 19,12

1.1.- CALIDAD DE VIDA.
Calama se ubicó en el lugar 65 entre la comunas del país que lideran el Índice de Calidad de Vida
Urbana (ICVU) 2015, elaborado por el Núcleo de Estudios Metropolitanos del Instituto de Estudios
Urbanos y Territoriales de la Pontificia Universidad Católica de Chile y la Cámara Chilena de la
Construcción (CChC), dado a conocer esta mañana en el marco de la Semana de la
Construcción.
Pese a que se mantiene sobre el promedio nacional, la comuna minera retrocedió 29 puestos en
relación al ICVU 2014, que la posicionó en aquel momento en el lugar 36 entre las 93 ciudades
encuestadas. Este año, Calama obtuvo un promedio general de un 44,5 tras la evaluación de los
indicadores que fueron los mismos del año pasado, pero que en esta oportunidad agregó en la
dimensión “Salud y Medio Ambiente”, variable que mide el número de personas que han sido
tratadas por depresión por cada 10 mil habitantes.
Arturo Orellana, coordinador del equipo de trabajo de la Universidad Católica realizador del ICVU
2015, justificó este cambio de posición señalando que el INE para el 2015 proyectó una población
de 176.459, es decir casi un 20 por ciento más de lo que había proyectado el año pasado que fue
de 149.265 habitantes.
“Para poder comparar un indicador, hay que relativizar las variables en cuanto al tamaño de la
población y las condiciones. Es decir, entre más pequeña es la ciudad los índices son mucho más
positivos. Sentimos que esta vez el ICVU refleja mejor la realidad de Calama, pues tuvimos mayor
certeza respecto a la base demográfica que nos permitió medir los indicadores con más certeza”,
señaló el profesional.
En cuanto a las dimensiones evaluadas, la capital provincial de El Loa repuntó en relación al año
pasado en “Salud y Medio Ambiente” (69,4), Conectividad y Movilidad (69,2) y Condiciones socio-
culturales (36,4). Por su parte registró bajas en “Condición Laboral” (52,6), “Vivienda y Entorno”
(27,4) y “Ambiente de Negocios” (36,4).
“Si bien vemos un retroceso en algunas cifras, me parecen mucho más realistas respecto a años
anteriores y a la situación de nuestra comuna. La invitación es a utilizar los datos que nos entrega
esta herramienta de medición y gestión para que conjuntamente, sin distinción, trabajemos en
mejorar la calidad de vida y la desigualdad que nos afecta todavía. Ese es el desafío que nos
plantea este estudio”, expuso el presidente de la Cámara Chilena de la Construcción Calama,
Luis Farías.

A nivel zona norte Calama se instaló tras Antofagasta (53.7) y sobre Arica (42,4) e Iquique (41,3).
En tanto, en el ICVU de las ciudades mineras, la capital de El Loa se encuentra tras Antofagasta
(53,7), Machalí (53,5), Copiapó (53,4), Vallenar (51,6), Los Andes (50,0) y Rancagua (48,1).
En cuanto a ciudades intermedias, es decir aquellas que no integran un área metropolitana y
tienen entre 50 mil y 200 mil habitantes, Calama se ubicó en el lugar 22, mientras que en el 2014
se clasificó en la duodécima posición.
El alcance de las familias a equipos de energías limpias (colectores solares) y educación sobre
su uso, beneficios y cuidado al medio ambiente.
Actualmente, se estima que la población de Calama es de 149,2 mil habitantes, un 6,5% de la
población comunal se encuentra en situación de pobreza. Esto conlleva que un considerable
porcentaje de esta no tiene acceso a una buena calidad de vida, por lo tanto, reducir sus costos
en vivienda a través de equipos que utilicen energías limpias llega hacer casi imposible.
Hace ya mucho tiempo, existen equipos que pueden ser utilizados con energías limpias o
renovables, pero no todos están informados correctamente sobre su uso y beneficios que
conseguimos al utilizarlos.
Solo unos pocos pueden optar a este tipo de equipos ya que sus precios industriales no son
accesibles.
La gran mayoría de las personas no tienen gran información sobre la gran cantidad energía que
aporta el sol en nuestra ciudad y lo provechoso que sería utilizar un colector de agua para reducir
la boleta a fin de mes.
También de esta forma, educar a la población sobre el daño ambiental que produce la electricidad
convencional en nuestro planeta.

1.2.- SOLUCIÓN.
Vulnerabilidad.
Otorgar a aquellas personas que no tienen los recursos necesarios para invertir en un Colector
Solar Térmico del mercado y otorgar la solución de uno mucho más económico en términos de
instalación, mantención y compra.
Calidad de vida.
Las personas que se atrevan a implementar este Colector Solar Térmico podrán optar a una mejor
calidad de vida de la que tienen y con mucho menos de lo que se requiere, es por ello, que se
creó este proyecto con el fin de otorgar beneficios a aquellas personas que no gozan la posibilidad
de optar a invertir en un calefón junto con el cilindro de gas licuado.
Lo que ayudará a:
- Obtener disminución de los costos en relación con la utilización de gas
licuado como forma de calefactor del recurso hídrico en el domicilio.
- El medio ambiente a nivel Regional y Nacional se verá beneficiado con la
utilización de energías renovables. Mejorando el aire que día a día
inhalamos aportando de forma mínima pero, con ese granito de arena que
puede mejorar al disminuir la contaminación.
- Proporcionar un Colector Solar Térmico económico, con costos más que
accesibles en comparación a los valores de un colector Solar Térmico en
el mercado.
- Contribuir en la reducción de emisiones de gas invernadero.
- Los sistemas solares pueden lograr ahorros en el costo de preparación del
agua caliente de aproximadamente de 70% respecto a los sistemas
convencionales.
- Utilizar una fuente inagotable, limpia, silenciosa y confiable, como lo es la
energía Solar.

CAPITULO II.
2.- INSUMOS UTILIZADOS EN EL PROYECTO DE SISTEMA DE COLECTOR
SOLAR TÉRMICO.
Plancha Palets de Madera de 1 m2.
Spray “RUST-OLEUM” Ultra cover color Negro
340g.
Palos de Palets.

Taladro eléctrico.
Tornillos de 1”.
Martillo carpintero.

Flexómetro.
Marcador Tiza dura.
Escuadra aluminio 8”.

Soplete de Gas.
Sierra Eléctrica 1300 watts.
Alicate universal.

Silicona con poliuretano y pistola.
Esmeril angular.
Broca ½”.

Cinta reflectante aluminio.
Manguera negra para agua de ½”.
Lija de grano medio 280.

Espuma de poliuretano en aerosol 300 ml.
Tizador.

2.1.- ETAPAS DE CONSTRUCCIÓN.
Etapa 1: Esta etapa tiene la consistencia de dividir las partes de cada palets, estructura, para así
poder confeccionar nuestro colector con las piezas dispuestas a pasar a la siguiente etapa.

Etapa 2: Luego de dividir los palets tenemos que proceder a limpiar y lijar la madera, para poder
obtener así una madera de correcta eficiencia al realizar las uniones y adhesión de la pintura.

Etapa 3: Luego de efectuar la etapa de lijado de madera, se corta a la medida de 77x83 para así
unir cada pieza de madera y lograr un marco perfecto con un soporte adecuado para el peso del
colector y estanque de agua.

Etapa 4: El pintado de soporte y marco se realiza para la estética y mejor captación solar por el
color negro de la pintura.

Etapa 5: Se calienta la manguera para poder moldearla y darle ubicación en el palet.

Etapa 6: Se procede a la ubicación de serpentina, sujetando la manguera con abrazaderas.
La manguera se coloca desde el centro hasta formar un círculo para evitar filtraciones y
espacios vacíos en ella.

Etapa 7: Con la sierra eléctrica se cortan la madera para los bordes de la plancha del palet, los
cuales llevan dos orificios para la salida de manguera. Luego se cortan los que serán la base del
colector, estos últimos se encuentran con un grado de inclinación de 30° por la latitud del sol en
Calama.

Etapa 8: En el bidón de 20 litros se realizan 4 orificios con el cautín, colocamos los terminales y
sellamos con macilla para evitar filtraciones.

Etapa 9: Al secar la macilla procedemos a cubrir por completo el bidón con
espuma de poliuretano en aerosol de 300mg y damos forma a la espuma.

Etapa 10: Al secarse la espuma de poliuretano en aerosol, cubrimos por completo el bidón con
cinta reflectante de aluminio.

Etapa 11: finalmente antes de colocar el vidrio sellamos con silicona de poliuretano espacios
abiertos del cajón de palets que podrían alterar el efecto invernadero. Con la cinta reflectante de
aluminio se posiciona en los bordes del colector y finalmente con silicona pegamos el vidrio de
77x83 con 4mm de grosor.

CAPITULO III.
3.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA Y FUNCIONAMIENTO.
Los colectores solares domésticos tienen un funcionamiento de muy sencilla operación. La luz
solar se transforma en energía térmica al tener contacto con la placa colectora, la cual puede ser
metálica (fierro, cobre, aluminio, etc.) o de plástico. Esta debe ser oscura para lograr la mayor
recolección de temperatura, por debajo de la misma se encuentran 2 cañerías de alimentación y
circulación de agua, por donde el líquido “entra frio y sale caliente” del colector solar plano.
El agua circula dentro del sistema, mediante el mecanismo de termosifón, el cual se origina por
la diferencia de temperatura que se genera en el agua debido al calentamiento proporcionado por
el sol. Esto significa que, el agua caliente es más ligera que la fría y, en consecuencia, tiende a
subir. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termo-tanque, con lo cual se
establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.
Para que el agua se mantenga caliente y lista para usarse en el momento requerido, esta se
almacena en el termo-tanque, el cual está forrado con un aislante térmico para evitar la pérdida
de calor. El calentador solar tiene la capacidad de proporcionar agua a una temperatura
aproximada de hasta 65°C. Sin embargo, la temperatura del agua depende del uso que se le
desee dar y de las condiciones climáticas en el momento.
3.1.- EFECTO INVERNADERO.
La radiación solar producida por el sol, tiene una longitud de onda corta, que atraviesa la plancha
plástica del colector, calentando los objetos que hay dentro. Estos, a su vez, emiten radiación
infrarroja, que tiene una longitud de onda larga, la cual no puede atravesar la plancha plástica,
quedando atrapados y produciendo el calentamiento.
Las emisiones del sol hacia la tierra son en onda corta mientras que de la tierra al exterior son en
onda larga. La radiación visible puede traspasar la plancha plástica mientras que una parte de la
infrarroja no lo puede hacer.

Está cubierta nos otorga la acumulación de calor y el aumento de la temperatura dentro del
colector, la cual es traspasada al fluido a utilizar.
3.2.- MANTENIMIENTO SCST
Se recomienda que estos se instalen en las techumbres de las casas, orientados hacia el sur,
de tal manera que queden expuestos a la radiación solar todo el día.
Se deberá evitar sombras sobre el SCST, por lo que se sugiere que quede totalmente despejado
de perfiles, muros y todo lo que pueda obstruir, la recepción de la energía solar.
El colector solar plano debe colocarse con cierto grado de inclinación, lo que permite aprovechar
eficientemente la radiación. No obstante, la inclinación a la que se debe colocar el colector
dependen de la localización de la ciudad donde se pretenda instalar, sin embargo, se recomienda,
que esta se 10 grados más, que la latitud del lugar de instalación. En el caso de la ciudad de
Calama la inclinación es de 22,3 grados por lo que se debe tener una inclinación de 35 grados.
3.3.- TEMPERATURAS CIUDAD DE CALAMA.
Los índices de radiación solar ultravioleta se registran desde el mediodía y hasta pasadas las
15:00 horas, teniendo su peack máximo cerca de las 13:00.
En el norte de Chile se encuentran los mayores índices de radiación Solar del mundo.

CAPITULO IV.
4.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE COLECTOR SOLAR TÉRMICO (SCST) DE
MAYOR ENVERGADURA.
Los SST incluyen una serie de elementos necesarios para el correcto funcionamiento y control
de la instalación. Todos los materiales del SST deberán soportar las máximas presiones de
trabajo que puedan alcanzarse, así como, después de alcanzar la presión máxima, el SST debe
volver a su forma normal de funcionamiento, sin que el usuario tenga que hacer ninguna
intervención.
4.1.- ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN DE LOS COLECTORES.
Los colectores solares deben ser instalados de manera que aprovechen al máximo la radiación
solar disponible. Se considerará como la orientación óptima el norte geográfico y la inclinación
óptima en relación al plano horizontal, dependiendo del período de utilización, uno de los valores
siguientes:
- Demanda constante anual: la latitud geográfica.
- Demanda preferente en invierno: la latitud geográfica + 10°.
- Demanda preferente en verano: la latitud geográfica – 10°.
Por esta razón que, se determinó que por ser la latitud de Calama de 22°, se estableció que el
colector se ubicara a 30° grados respecto a la horizontal.

4.2.- CAPTADOR DE CALOR.
Este es un componente del Colector Solar, destinado a absorber energía radiante y transferir esta
energía a un fluido en forma de calor. El captador de calor está constituido por una serpentina de
color negro para atraer la radiación solar de una manera más eficiente, y la madera reutilizada
que fue retirada desde el botadero de Calama (pallet), además de un vidrio doble normal para
provocar el efecto invernadero (este efecto se puede experimentar y visualizar al ingresar en un
automóvil estacionado, después de unos minutos al sol, en durante el mediodía y en especial en
verano).

4.3.- TANQUE ACUMULADOR.
Tanque acumulador que forma parte de un Sistema de Calefacción Solar Térmico, donde se
acumula la energía térmica producida por el Colector Solar Térmico. El Tanque acumulador debe
almacenar la energía producida por el colector solar térmico para cubrir la demanda en momentos
de poca o nula radiación solar (en la noche o en la madrugada), y debe encargarse de mantener
la producción solar en momentos de poco o nulo consumo. El Tanque acumulador deberá estar
completamente aislado de forma tal de reducir las pérdidas de calor.

4.4.- ESTRUCTURA DE SOPORTE.
La estructura de soporte para Colector Solar va a determinar la inclinación del captador de calor
respecto al suelo. La inclinación es la que determina el aprovechamiento máximo de la radiación
solar. Generalmente su inclinación es de 30 o 60 grados, como en nuestro caso se aplica de 30
grados, por la latitud en la que se encuentra la ciudad de Calama, para poder obtener mayor
captación de la radiación solar.

CAPITULO V.
5.- CLIMATOLOGÍA.
Entre los 2.000 y los 3.000 msnm se presenta el Clima Desértico Frío BWk) “Wladimir Peter
Köppen’’, caracterizado por precipitaciones que no sobrepasan los 75 mm anuales, y promedio
anual de temperaturas de 12.2 °C.
Calama en verano tiene cálidas máximas (25 °C a 28 °C) y frías noches de viento, mientras que
en invierno las máximas son templadas (18 °C a 23 °C) y congeladas noches con mínimas de
hasta -10 °C.
Sobre los 3.000 msnm se presenta el Clima de Tundra por Efecto de Altura con Precipitación
Estival, con precipitaciones que se reparten entre los meses de noviembre y marzo, y que igual
llegan a propagarse hasta altitudes inferiores. Con características similares al Desértico Frío, solo
presenta como diferencia la humedad que aportan estas precipitaciones.
5.1.1.- Temperatura promedio ciudad de Calama.
Parámetros climáticos promedio de Calama
Mes Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Anual
Temp. máx. media (°C) 24.1 24.1 23.6 23.0 22.1 20.6 20.9 21.5 22.6 23.7 24.2 24.4 22.9
Temp. media (°C) 15.1 14.9 13.9 12.1 10.3 8.7 8.6 9.4 11.2 12.7 14.1 14.8 12.2
Temp. mín. media (°C) 5.1 5.5 4.4 2.2 0.7 -0.5 -0.9 -0.9 0.4 1.7 2.8 3.6 2.0
Precipitación total (mm) 17 4 1 1 1 1 1 1 5 1 1 1 35
Horas de sol 353.4 305.1 319.3 312.0 306.9 297.0 310.0 316.2 321.0 356.5 363.0 365.8 3926.2

5.1.2.- Radiación horizontal, normal y en un plano inclinado.
Se le denomina radiación normal incidente, a la radiación recibida en una superficie perpendicular
a los rayos provenientes del sol. Para recibir la radiación normal durante todo el día, es necesario
que la superficie receptora se mueva de este a oeste siguiendo la posición del sol. Si la superficie
que recibe la radiación está horizontal, es decir, perpendicular al radio de la tierra, se le denomina
radiación horizontal. Usualmente, es más sencillo recolectar la energía solar en una superficie
que no se mueva a lo largo del día, pero se intenta encontrar un ángulo de inclinación para la
superficie receptora tal que se optimice la cantidad de radiación recibida durante el día y/o el año,
a esto se le denomina radiación incidente en un plano inclinado.
5.1.3.- Radiación Diaria, Mensual y Anual Ciudad de Calama.

5.1.4.- Temperatura Anual Ambiental.

5.1.5.- Velocidad del Viento Ciudad de Calama.

CAPITULO VI.
6.- ALGORITMO DE VERIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE LA CONTRIBUCIÓN
SOLAR MÍNIMA (CSM).
En las presentes tablas se encuentran los datos logrados a través del algoritmo para la
verificación del cumplimiento o de la Contribución Solar Mínima (CSM) de Sistemas Térmicos
(SST) que se acogen al beneficio tributario que establece la Ley 20.365. El algoritmo y las bases
de datos utilizadas son aquellas que se señalan en la Norma Técnica (NT) elaborada por el
Ministerio de Energía.
El objetivo de esta herramienta es orientar acerca de la correcta ejecución según zonas
específicas.
6.1.- Datos de entrada del algoritmo:
1.- La información asociada a cada comuna incorporando latitudes y zona climática.
2.- La demanda diaria de agua caliente sanitaria, expresada en (L/día), se obtiene según el tipo
de SST unifamiliar se debe ingresar el N° de dormitorios que se indica.
3.- El volumen de almacenamiento del depósito acumulador se expresa en litros (L).
4.- La superficie instalada de colectores solares térmicos (CST), expresada en metros cuadrados
(m2).
5.- La inclinación corresponde al ángulo entre la superficie del colector y el plano horizontal, y se
debe indicar como un número entero.
6.- La orientación de los CST, corresponde al ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal
y se debe indicar como un número entero, expresado en Grados, cuyo rango varía entre 180° y
– 180°.

6.1.1.- Contribución Solar Mínima (Algoritmo).
SST Unifamiliar 3 Dormitorios.
Inclinación 30° Grados.
Superficie 1,5 Metros.
Volumen de Almacenamiento 20 Litros.
Demanda diaria 160 Litros.
Perdidas por sombras 0%.
6.1.2.- Ahorro Gas licuado.
Cálculos de Ahorro Precio de Cilindros Eficiencia de Estanque Ahorro Anual
Gas licuado. Cilindro $16.000
aproximadamente.
70%. $192.000.
6.1.3.- Rendimiento mensual del SCST.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0
50
100
150
200
250
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
[%]
[KWH]
MES
DEMANDA
MENSUAL…
CONTRIBUCIÓN SOLAR
kWh
CONTRIBUCION SOLAR
%

6.1.4.- Rendimiento Energías No Renovables VS Energías Renovables.
Demanda Mensual
KWh
Contribución Solar
KWh
Contribución Solar
%
Enero 176 101 57%
Febrero 160 104 65%
Marzo 178 118 66%
Abril 175 116 66%
Mayo 188 123 66%
Junio 187 121 65%
Julio 193 124 64%
Agosto 187 120 64%
Septiembre 177 112 63%
Octubre 177 121 69%
Noviembre 170 114 67%
Diciembre 175 119 68%

6.1.5.- Volumen Interior de un Cilindro.
V =
𝜋
4
𝐷² ∗ L
V =
𝜋
4
+ 0,0142
∗ 15 = 2,3x1 − ³ m³ = 2,3L
1 m³ = 1000L
 2,3 Litros es el total de almacenamiento de agua en la manguera.

CAPITULO VII.
7.- ENCUESTA.
Dada la realización de cada encuesta se sortearon 3 de ellas de las cuales las personas estaban
de acuerdo e implementar esta tecnología por lo que, se les capacitará para que puedan
confeccionar el SST (Sistema Solar Térmico).
Encuesta “Sistema de Colector Solar” A La Población, Ciudad de Calama.
1.- ¿Utiliza algún método para calentar el agua?
Respuestas.
SI 20
NO 0
100%
0%
SI
NO

Respuesta 1.1
MÉTODOS. CANTIDAD DE PERSONAS.
Tetera. 8
Hervidor. 12
Hoya. 2
Calefón. 5
Colector Solar. 0
30%
44%
7%
19%
0%
Tetera.
Hervidor.
Hoya.
Calefón.
Colector Solar.

2.- ¿le gustaría reducir costo a través del colector solar?
Respuestas.
SI 15
NO 5
75%
25%
SI
NO

3.- ¿Cuánto pagaría por un colector solar?
PRECIOS. CANTIDAD DE
PERSONAS.
$50.000 a $99.999 15
$100.000 a $299.999 4
$300.000 a $399.999 1
$400.000 a más 0
75%
20%
5%
0%
$50.000 a $99.999
$100.000 a $299.999
$300.000 a $399.999
$400.000 a más

4.- ¿Cuánto es lo que gasta en gas licuado mensualmente?
PRECIOS. CANTIDAD DE PERSONAS.
$ 7.000 12
$ 12.000 7
$ 16.000 1
$ 47.000 0
60%
35%
5%
0%
$7.000
$12.000
$16.000
$47.000

5.- ¿Está a favor de la utilización de energías renovables, en comparación a las no renovables?
Respuestas.
SI 15
NO 5
75%
25%
si
no

6.- ¿Implementaría usted, un colector solar en su hogar?
Respuestas.
SI 8
NO 12
40%
60%
si
no

7.- ¿le gustaría recibir una asesoría de nuestra parte?
Respuestas.
SI 15
NO 5
7.1 Encuesta Realizada a Población vulnerable en la ciudad de Calama.
Encuesta realizada a población vulnerable en la ciudad de Calama se encuentra en ANEXO; en
punto número 4. “Encuestas a población vulnerable en la ciudad de Calama”.
75%
25%
SI
NO

CAPITULO VIII.
8.- COSTOS.
En relación a los costos se obtiene una gran ventaja en nuestro Colector Solar Térmico por su
finalidad (otorgar a las familias o personas de bajos recursos una mayor calidad de vida) y
materiales utilizados, en relación a los colectores solares convencionales. Al realizar un análisis
de mercado en la ciudad de Calama, obteniendo los valores a nivel mercado.
En lo que compete a valores aproximado de nuestro colector solar es $ 70.000 y un colector solar
convencional de nivel unifamiliar de 4 a 5 personas con el precio de $ 650.000 pesos.
Lo que se refleja en la siguiente tabla:
INSUMOS.
PRODUCTOS. CANTIDADES. PRECIO UNITARIO. PRECIO TOTAL.
Pallets. 3. $0. $0.
Spray “RUST-OLEUM” Ultra cover color
Negro 340g.
1. $3.900. $3.900.
Tornillos de 1”. 20. $190. $3.800.
Marcador Tiza dura. 1. $390. $390.
Silicona con poliuretano. 1. $2.935. $2.935.
Cinta reflectante aluminio. 1 $11.900. $11.900.
Manguera negra de polietileno para agua
de ½”.
15 m. $860. $12.900.
Lija de grano medio 280. 4. $380. $1.520.
Espuma de poliuretano en aerosol 300 ml. 1. $10.490. $10.490.
Terminales. 4. $190. $760.
Masilla. 1. $3.850. $3.850.
Vidrio doble “77cm x 83cm”. 1. $6.000. $6.000.
TOTAL $51.445.

CAPITULO IX.
9.- CARTA GANTT.
Para lograr una correcta gestión del Sistema de Colector Solar Térmico, se planifico una Carta
Gantt, con el propósito, de llevar un orden secuencial de las etapas y tiempos para elaborar
cada actividad establecida para el proyecto.
La que puede encontrar en el ANEXO:
1.- Carta Gantt interpretada en gráficos.
Grafico 1: Etapas de elaboración Teórica del proyecto.
Grafico 2: Capacitaciones realizadas a Familias Calameñas.
2.- Carta Gantt tablas de Elaboración teórica del proyecto y Capacitaciones.
Tabla 1: Etapas de Elaboración Teórica del proyecto.
Tabla 2: Capacitaciones realizadas a Familias Calameñas.

9.1.- PLAN DE ACCIÓN.
CAPACITACIÓN A CIUDADANIA ENCUESTADA.
Temas a tratar: Conocimiento teórico y práctico sobre la construcción, instalación y
mantenimiento de sistema de colector solar térmico.
Dirigido: Ciudadanía encuestada.
Solución: Instruir a ciudadanía encuestada sobre el sistema de colector solar térmico,
reduciendo costo en su construcción, instalación y mantención.
OBJETIVOS. ACTIVIDADES. RESPONSABLES.
FECHA DE
CUMPLIMIENTO.
Dar a conocer
el
funcionamiento
de un Sistema
de Colector
Solar Térmico
Se realizará
capacitación a
ciudadanía encuestada
sobre Funcionamiento
Sistema de Colector
Solar Térmico.
Carla Canivilo -
Felipe Gallardo -
Ignacio Ponce.
15-nov-16
Instruir sobre
la correcta
Instalación,
Construcción y
Mantenimiento,
de un Sistema
de Colector
Solar Térmico
Se realizará
capacitación a
ciudadanía encuestada
sobre la correcta
Instalación,
Construcción y
Mantenimiento de un
Sistema de Colector
Solar Térmico.
Carla Canivilo -
Felipe Gallardo -
Ignacio Ponce.
16-nov-16

CONCLUSIÓN.
Para el equipo constituido por los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Prevención de
Riesgo, el realizar esta tesis, fue un verdadero desafío, por cuanto significó poner en práctica los
aprendizajes adquiridos durante el desarrollo de la carrera, es decir, poner en práctica el modelo
pedagógico de Inacap del “Aprender Haciendo”.
En el presente trabajo se ha implementado y demostrado la eficiencia de un sistema de Colector
Solar Térmico desde el punto de vista de la energía solar renovable, reciclaje de materiales,
reducción de costo y medio ambiental.
La eficiencia varió para distintos procesos del SCST, desde la construcción, aplicación y teoría
sobre un sistema de colector solar térmico.
El tiempo de construcción el CSST, instalación y funcionamiento ocupó un trabajo agotador y
realizable en un par de días.
El sistema de colector solar térmico resulta un efectivo método para las familias más vulnerables
de la ciudad de Calama, dado que con él, se reduce el consumo de gas mensual, y costo
involucrado, ayudando al medio ambiente al utilizar energía limpia, renovable y térmica.
Como uno de los propósitos fundamentales del trabajo fue realizar una efectiva contribución a los
pobladores de la ciudad de Calama, sobre todo de los sectores más vulnerables, se consideró
necesario realizar una consulta directa a los pobladores que habitan en los sectores más
vulnerables para recoger datos duros, para observar la factibilidad del proyecto.
Es indudable que la consciencia social que nos caracteriza como equipo de trabajo, quedó
ampliamente satisfecha por ser un colector factible de construir e implementar por los pobladores
que cuenten con un recurso económico mínimo al alcance de muchos de ellos. Es por esta razón,
se elaboró un instructivo claro y preciso con los materiales necesarios, en su mayoría reciclados
y de fácil recolección.
Ahora sólo queda esperar que los pobladores se incentiven y utilicen esta herramienta que les
permita mejorar su calidad de vida y contribuir con el cuidado de medio ambiente.

GLOSARIO TECNICO.
C.
Calentador Solar: Un calentador solar es aquel que emplea el calor proveniente del sol para
calentar agua para uso doméstico.
Captador Solar: Un captador solar es un elemento, constituyente de una instalación solar,
destinado a recoger la energía procedente del sol, para convertirla en energía térmica o en
energía eléctrica.
Colector solar: Un captador solar, también llamado colector solar o panel solar térmico, es
cualquier dispositivo diseñado para recoger la energía radiada por el sol y convertirla en energía
térmica.
E.
Energía fotovoltaica: El fundamento de la energía solar fotovoltaica es el efecto fotoeléctrico
o fotovoltaico, que consiste en la conversión de la luz en electricidad. Este proceso se consigue
con algunos materiales que tienen la propiedad de absorber fotones y emitir electrones.
Energía renovable: Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes
naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o
porque son capaces de regenerarse por medios naturales.1
Entre las energías renovables se
cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, olamotriz, la biomasa y los
biocarburantes.
Energía Solar: La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento
de la electromagnética procedente del Sol.
Energía Térmica: La energía térmica (también energía calórica o energía calorífica) es la
manifestación de la energía en forma de calor. En todos los materiales los átomos que forman
sus moléculas están en continuo movimiento ya sea trasladándose o vibrando.
R.
Radiación Solar: Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por
el Sol. El Sol se encuentra a una temperatura media de 6000 K en cuyo interior tienen lugar una
serie de reacciones de fusión nuclear, que producen una pérdida de masa que se transforma en
energía.
T.
Termicidad: Sustantivo abstracto que indica cantidad o cualidad de temperatura, puede usarse
también como adjetivo; v. índice de termicidad y tipos de termicidad.

BIBLIOGRAFÍA.
ChileSustentable. (2016). ChileSustentable. [online] Available at: http://chilesustentable.cl
[Accessed 13 Dec. 2016].
Es.wikipedia.org. (2016). Calama. [online] Available at: https://es.wikipedia.org/wiki/Calama
Galeon, (2016). Energía Solar. [online] Available at: https://www.galeon.com/energiasolar
Guía de diseño e instalación para agua caliente domiciliaria , (2016). Guía de diseño e
instalación para agua caliente domiciliaria. [online] Available at:
https://guiadediseñoeinstalaciónparaaguacalientedomiciliaria.cl [Accessed 13 Dec. 2016].
https://manualdesistemastermicos.cl. (2016). manual de sistema termico. [online] Available at:
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Minvu, (2016). [online] Available at: https://www.minvu.cl [Accessed 13 Dec. 2016].
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Walker.dgf.uchile.cl. (2016). EXPLORADOR SOLAR. [online] Available at:
http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar3/ [Accessed 13 Dec. 2016].

ANEXOS.
1.- Carta Gantt interpretada en gráficos.
Grafico 1.
Grafico 2.
3 días
5 días
4 días
14 días
10 días
4 días
6 días
6 días
4 días
3 días
18-sep.-16
3-oct.-16
18-oct.-16
2-nov.-16
17-nov.-16
Ogjetivos G y E
Marco teorico
Problemática
SCST
Climatología
Algoritmo
Costos
Encuesta
Etapas
Anexos
1 días
1 días
1 días
1 días
12-oct.-16
13-oct.-16
14-oct.-16
15-oct.-16
16-oct.-16
17-oct.-16
18-oct.-16
19-oct.-16
20-oct.-16
21-oct.-16
Funcionamiento
SCST
Instalación de
SCST
Construcción de
SCST
Mantenimiento
de SCST

2.- Carta Gantt tablas de Elaboración teórica del proyecto.
Actividades Teóricas
Fecha inicio
prevista
Días trabajados
Fecha final
prevista
Situación
Objetivos G y E 18-sep.-16 3 21-sep.-16 Terminado
Marco Teórico 21-sep.-16 5 26-sep.-16 Terminado
Problemática 26-sep.-16 4 30-sep.-16 Terminado
SCST 30-sep.-16 14 14-oct.-16 Terminado
Climatología 14-oct.-16 10 24-oct.-16 Terminado
Algoritmo 24-oct.-16 4 28-oct.-16 Terminado
Costos 28-oct.-16 6 3-nov.-16 Terminado
Encuesta 3-nov.-16 6 9-nov.-16 Terminado
Etapas 9-nov.-16 4 13-nov.-16 Terminado
Anexos 13-nov.-16 3 16-nov.-16 Terminado
3.- Tabla de Capacitación de Proyecto Tesis.
Proyecto
Fecha inicio
prevista
Días trabajados
Fecha final
prevista
Situación
Funcionamiento
SCST 15-oct.-16 1 16-oct.-16 Terminado
Instalación de SCST 17-oct.-16 1 18-oct.-16 Terminado
Construcción de
Mantenimiento de

4. Encuestas a población vulnerable en la ciudad de Calama.

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