Energía Fotovoltaíca para Asegurar El Consumo de Agua

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
CENTRO DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD

“CEVIC”
FACULTAD DE: “INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA”
PROGRAMA: “UNIDAD DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD”
CARRERA DE: “INGENIERÍA MECÁNICA“
PROYECTO ACADÉMICO DE SERVICIO COMUNITARIO PARA

VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD
ETAPA I: “PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO”
NOMBRE DEL PROYECTO: “ESTUDIO DE UTILIZACIÓN DE

ENERGÍA FOTOVOLTAICA, PARA ASEGURAR EL CONSUMO DE
AGUA, EN EL HOSPITAL FUNDACIÓN ALLI CAUSAI”
ENTIDAD BENEFICIARIA: “FUNDACIÓN ALLI CAUSAI”

COORDINADOR ENTIDAD BENEFICIARIA: Dr. Carlos Rojas
DOCENTE COORDINADOR:
Ing. María Belén Ruales
DOCENTE AUTORA:
CÓDIGO DEL PROYECTO: “FICM-IM-001-2011”
Ambato, Junio 2011
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ÍNDICE ETAPA I
ÍNDICE ETAPA I ................................................................................................................. 1

1. DATOS GENERALES DEL PROYECTO. .................................................................. 2
1.1 NOMBRE DEL PROYECTO: ....................................................................................... 2
1.2 ENTIDAD EJECUTORA: ............................................................................................. 2
1.3 COBERTURA Y LOCALIZACIÓN: ............................................................................ 2
1.4 MONTO:USD. 500.00 ................................................................................................... 2
1.5 PLAZO DE EJECUCIÓN: ............................................................................................. 2
1.6 SECTOR Y TIPO DE PROYECTO: ............................................................................. 2
1.7 NÚMERO DE DOCENTES PARTICIPANTES: .......................................................... 2
1.8 NÚMERO DE ESTUDIANTES PARTICIPANTES:.................................................... 2
1.9 BENEFICIARIOS: ......................................................................................................... 2
2. DIAGNÓSTICO Y PROBLEMA. ................................................................................. 3
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL ÁREA DE INTERVENCIÓN
DEL PROYECTO. ......................................................................................................... 3
2.2 IDENTIFICACIÓN, DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA: ........... 5
2.3 LÍNEA BASE DEL PROYECTO: ................................................................................. 7
2.4 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN OBJETIVO
(BENEFICIARIOS): ...................................................................................................... 7
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO: ................................................................................... 8
3.1 OBJETIVO GENERAL O PROPÓSITO: ..................................................................... 9
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS O COMPONENTES: ..................................................... 9
3.3 MATRIZ DE MARCO LÓGICO: ............................................................................... 10
4. CRONOGRAMA POR OBJETIVOS Y ACTIVIDADES: ............................................ 13
5.1 PRESUPUESTO POR ACTIVIDADES DEL PROYECTO ....................................... 14
5.2 PRESUPUESTO POR CONCEPTO DEL PROYECTO: ............................................. 15
1
2
PROYECTO DE SERVICIO COMUNITARIO PARA VINCULACIÓN CON LA

SOCIEDAD
1. DATOS GENERALES DEL PROYECTO.
1.1 NOMBRE DEL PROYECTO:

ESTUDIO DE UTILIZACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA, PARA ASEGURAR
EL CONSUMO DE AGUA, EN EL HOSPITAL FUNDACIÓN ALLI CAUSAI
1.2 ENTIDAD EJECUTORA:
Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera de Ingeniería Mecánica.
1.3 COBERTURA Y LOCALIZACIÓN:
Hospital Alli Causai, Ambato.
1.4 MONTO:USD. 500.00
1.5 PLAZO DE EJECUCIÓN:

6 meses
1.6 SECTOR Y TIPO DE PROYECTO:

Sector: Área de Energías
Tipo de Proyecto: Estudio
1.7 NÚMERO DE DOCENTES PARTICIPANTES:
Uno (1)
1.8 NÚMERO DE ESTUDIANTES PARTICIPANTES:
Dos (2)
1.9 BENEFICIARIOS:
Personal que labora en el Hospital y Pacientes. Total:124 personas
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3
2. DIAGNÓSTICO Y PROBLEMA.
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL ÁREA DE

INTERVENCIÓN DEL PROYECTO.
Las instalaciones del Hospital Alli Causa, se encuentran ubicadas en Huachi La Joya,
entre las calles Gonzalo Castro y Lauro Guerrero. Actualmente goza de todos los
servicios básicos, como son: energía eléctrica, alcantarillado, teléfono y agua potable.
El sistema vial está comprendido por carreteras de segundo orden, por lo que dificulta
el ingreso ágil al mismo. Así mismo, el hospital en mención, carece de un adecuado
cerramiento, y el polvo, generado por las vías de segundo orden, incide de manera
indirecta en el mismo.
El Hospital Alli Causai, se provee de agua potable de la red de distribución del Cantón
Ambato EMAPA, ya que la demanda de agua potable es alta, y la red de distribución
no cubre esta necesidad, por lo tanto el Municipio de Ambato a optado por entregar
cada dos días dos tanqueros de agua, para ser llenados en tanques cisternas, y con esto
lograr satisfacer la demanda diaria de agua.
Al encontrarse el tanque cisterna en la parte baja del edificio, es necesario bombear el

agua, para que pueda ser distribuido en todo el edificio. A pesar de que el agua es
succionada por medio de una bomba, la fuerza de la misma es insuficiente para
encender los calefones y las duchas eléctricas, lo que ocasiona: desperdicio de agua, la
mima que debe fluir, hasta lograr que se caliente; consumo excesivo de energía
eléctrica; alto consumo de gas; altos costos de mantenimiento; peligro al maniobrar
calefones, ya que son sistemas inflamables; entre otros.
El problema se ve reflejado en el tiempo de dedicación a cada paciente al momento del

aseo de los mismos, así como del personal que labora permanentemente en el hospital.
Mucho del instrumental utilizado, así como las instalaciones, necesitan ser aseadas en
agua caliente, para evitar la proliferación de bacterias y/o agentes contaminantes.
La Universidad Técnica de Ambato, en especial la carrera de Ingeniería Mecánica, en

su afán de contribuir con la sociedad, ha visto la necesidad de implementar Sistemas de
Calentamiento de agua, por energía solar. La energía solar térmica consiste
básicamente en el aprovechamiento de la energía del sol para generar calor, que puede
emplearse en la producción de agua caliente para calefacción, o en uso sanitario para
consumo doméstico o instalaciones públicas, como hospitales y centros médicos.
Los hospitales consumen gran cantidad de energía, consumo que es constante a lo largo
del año. La energía solar puede ayudar a producir esa energía durante todo ese periodo.
Una instalación solar aprovecha la energía del sol a través de un conjunto de captadores
colocados en la cubierta del edificio u otro sitio libre de sombras.
Los captadores calientan un fluido que se acumula en unos depósitos que a su vez
calienta el agua que será utilizada en las instalaciones de los edificios para
proporcionar agua caliente sanitaria, calefacción o refrigeración, lo que supone un
ahorro económico, disminuyendo así el uso de la energía fósil.
3
4
En la actualidad, una instalación de energía solar, puede cubrir hasta el 80% del total
de la demanda de agua caliente sanitaria de un hospital o centro médico y hasta el 60%
en la climatización del edificio.
Las perspectivas de crecimiento de la energía solar son muy positivas ya que se trata de
una tecnología madura, de probada calidad y con buen rendimiento.
Ecuador reúne todos los requisitos que favorecen un uso óptimo de la energía solar,
gracias a su situación geográfica y climatología apropiado.
En contra de lo que pueda parecer, una instalación solar se puede ubicar en cualquier
punto de Ecuador, consiguiendo un ahorro económico y energético rentable respecto la
inversión realizada.
Entre las ventajas se puede citar:
• El ahorro de combustible y el ahorro monetario.

• La fuente de energía que provee al calentador solar es gratuita, por lo que jamás
estará relacionada a fluctuaciones de precios como en el caso del diesel o del gas LP.
• Los costos de operación son nulos, ya que trabaja solo y no requiere de personal,
además, su mantenimiento es básicamente de limpieza.
• La operación del equipo no es peligrosa y no requiere de sistemas especiales de
seguridad.
• El ahorro de agua, ya que se evitan fugas y el agua sale caliente de la llave de manera
casi inmediata.
El sistema es ecológico, ya que no contamina en ninguno de sus procesos, ni en su
instalación ni en su utilización.
• Su uso disminuye las emisiones locales producto de la combustión de gas, como los
óxidos nitrosos (NOx) y monóxido de carbono (CO), además de ofrecer beneficios
ambientales a nivel global, ya que se reducen las emisiones de bióxido de carbono
(CO2).
• Las tuberías de cobre que conforman el sistema ofrecen durabilidad, resistencia,
confiabilidad, eficiencia e higiene, ya que dicho metal no se oxida y no se forman
incrustaciones.
4
5
2.2 IDENTIFICACIÓN, DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA:
a) Esquema:
Dificultad para realizar el

aseo a pacientes y personal Contaminación ambiental
con agua caliente
Excesivos gastos en Desperdicio de agua durante

mantenimiento de equipos el proceso de calentamiento
Sistemas de Calentamiento
de agua deficientes, para la
utilización de pacientes y
empleados del Hospital Alli
Causai
Diseño inadecuado del

Operación de los equipos a Incorrecta selección de Inadecuado sistema de
sisterma calentamiento de
gas o eléctricos es insegura equipos para calentamiento distribución del agua
agua
Estudios no están acorde a

la realidad del sector
Desconocimiento técnico
5
6
b) Interpretación:
Por la inexistencia de un adecuado calentamiento de agua, resalta la necesidad de realizar el aseo tanto a pacientes como al
personal con agua caliente, además utilizarla para el correcto aseo de equipos e instrumental, los gastos al realizar el
mantenimiento y manipulación de equipos eléctricos como a gas, ha ocasionado pérdidas económicas, gastos que podrían ser
desviados a la adquisición de materiales necesarios para el hospital. Además la fuerza del agua es insuficiente para prender
calefones o duchas eléctricas, por lo que el tiempo en que se queda abierto el grifo hasta completar su calentamiento, se genera
desperdicio de agua y consecuentemente, gasto para el hospital.
6
7
2.3 LÍNEA BASE DEL PROYECTO:

SECTOR TIPO DE PROYECTO INDICADOR
ENERGÍAS Estudio Un estudio de un sistema
para la utilización de
energía fotovoltaica, para
asegurar el consumo de
agua, en el hospital
Fundación Alli Causai
2.4 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN

OBJETIVO (BENEFICIARIOS):
La población beneficiaria son todos los que conforman el personal del hospital, así
como los pacientes a ser atendidos en la casa de salud, estimados en promedio 60
pacientes al día, 22 camas para hospitalización y 42 personas entre personal médico,
residentes, personal de limpieza y practicantes, dando un total máximo diario de 124
personas diarias.
7
8
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO:
a) Esquema:
Facilidad
Dificultadpara
pararealizar
realizarelel
Responsabilidad en
aseo
aseoaapacientes
pacientes yy personal
personal Contaminación ambiental
cuidado ambiental
con
conagua
agua caliente
caliente
Gasto adecuado en NoMínimo

hay desperdicio de de
desperdicio agua
mantenimiento de equipos durante
agua duranteel el
proceso de de
proceso
calentamiento
calentamiento.
Sistemas de Calentamiento
de agua eficientes, para la
utilización de pacientes y
empleados del Hospital Alli
Causai
Adecuado diseño del

Operación segura de los Correcta selección de Adecuado sistema de
sisterma calentamiento de
equipos a gas o eléctricos equipos para calentamiento distribución del agua
agua
Estudios están acorde a la

realidad del sector
Conocimiento técnico
8
9
3.1 OBJETIVO GENERAL O PROPÓSITO:
Elaborar un estudio sobre sistema fotovoltaico para el eficiente calentamiento de agua.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS O COMPONENTES:
1. Estudiar el estado actual del sistema de distribución de agua

2. Evaluar los sistemas a gas y electricidad utilizados para el calentamiento del agua
3. Diseñar un sistema de calentamiento por energía fotovoltaica, a fin de permitir el
calentamiento de agua de forma segura
4. Elaborar el presupuesto necesario para la implantación del sistema de
calentamiento.
9
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3.3 MATRIZ DE MARCO LÓGICO:

Resumen Narrativo de Objetivos Indicadores Verificables Objetivamente Fuentes de Verificación Supuestos de Sustentabilidad
Fin: Indicadores del fin: Medios del fin: Supuestos del fin
Facilitar el aseo diario a pacientes y 100% del proyecto realizado Constatación física, mediante informes y Utilización de la energía alternativa para
personal, con agua caliente 124 personas diarias consumen agua registros realizados. asegurar el consumo de agua.
caliente en el Hospital durante el
segundo semestre del 2011
Propósito (objetivo general): Indicadores del propósito: Medios del propósito: Supuestos del propósito:
Elaborar un estudio sobre sistema Un estudio de utilización de energía Constatación física, mediante informes y Construcción del Sistema de Paneles
fotovoltaico para el eficiente fotovoltaica, para asegurar el consumo registros realizando Fotovoltaicos
calentamiento de agua. de agua, en el Hospital Fundación Alli
Causai, durante el tercer trimestre del
año 2011.
10
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Resumen Narrativo de Objetivos Indicadores Verificables Objetivamente Fuentes de Verificación Supuestos de Sustentabilidad
Componentes/productos (resultados u objetivos Indicadores de componentes: Medios de componentes: Supuestos de componentes
específicos):
Estudiar el estado actual del sistema de distribución Estudiantes participan en el estudio Registro de asistencia Existe Acta de Aceptación y
de agua Compromiso, entre el Hospital
Alli Causai y la UTA,
específicamente carrera de
Ingeniería Mecánica
Analizar las diferentes alternativas de solución al Presentación de diferentes alternativas de solución Informe técnico presentado
problema planteado por los estudiantes
Información disponible tanto
bibliográfica como en la red
Presentación del proyecto planteado
Plantear un sistema de calentamiento por energía Informe técnico
fotovoltaica, a fin de permitir el calentamiento de
agua de forma segura Aceptación de los directivos de
la entidad en discusión
Actividades: Presupuesto: Medios de actividades: Supuestos de actividades:
Aporte recursos Aporte de la entidad
propios estudiantes Existe Acta de Aceptación y
Compromiso entre Universidad
Actividad 1.1 Establecer convenio con la 24.50 0.00 Acta de Aceptación y Técnica de Ambato y Hospital
Universidad Técnica de Ambato, específicamente Compromiso suscrita Alli Causai
con la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica,
Carrera Mecánica y la Fundación Alli Causai
Subactividad 1.1.1 Enviar los oficios respectivos 8.00 0.00
Subactividad 1.1.2 Realizar el proyecto de 16.50 0.00 Los estudiantes ya poseen la
vinculación a ser aprobado. autorización tanto de la Facultad
Presupuesto como de la Fundación.
Actividad 1.2 Levantar la información actual 26.50 0.00
Subactividad 1.2.1 Analizar cada uno de los 13.00 0.00
componentes actuales Existe información pertinente
Subactividad 1.2.2 Hacer el cálculo actual de 12.00 0.00
pérdidas por tubería
Subactividad 1.2.3 Realizar el análisis económico 1.50 0.00 Amplio conocimiento de diseño
actual del Hospital térmico y de elementos por parte
de los estudiantes
11
12
Actividad 2.1 Estudiar las diferentes alternativas 27.00 34.00

de solución
Subactividad 2.1.1 Análisis de diferentes 27.00 34.00
dispositivos
Actividad 2.2. Análisis de la alternativa de 23.00 66.00

solución
Subactividad 2.2.1 Verificar la factibilidad de 23.00 66.00
cada uno de los dispositivos
Actividad 3.1Diseño de un sistema fotovoltaico 120.00 60.00

para calentamiento de agua
Subactividad 3.1.1 Análisis Energético 14.00 13.00
Subactividad 3.1.2 Diseño de sistema fotovoltaico 68.00 21.00
Subactividad 3.1.2 Selección de Equipos 38.00 26.00
Actividad 3.2. Análisis de Costos de 80.00 40.00

implementación
Subactividad 3.2.1 Análisis de Costos 45.00 29.50
Subactividad 3.2.2 Presentación y redacción de 35.00 10.50
informe final
300.00 200.00
12
13
13
14
5.1 PRESUPUESTO POR ACTIVIDADES DEL PROYECTO

OBJETIVOS FUENTES DE FINANCIAMIENTO
ESPECÍFICOS/ (dólares) TOTAL
ACTIVIDADES Y USD.
SUBACTIVIDADES APORTE RECURSOS APORTE DE LA
PROPIOS COMUNIDAD /
ESTUDIANTES ENTIDAD
Componente 1: Estudiar el estado 50.00 0.00 50.00

actual del sistema de distribución de
agua
Actividad 1.1Establecer convenio 24.50 0.00
con la UniversidadTécnica de
Ambato, específicamente con la
Facultad de Ingeniería Civil y
Mecánica, Carrera Mecánica y la
Fundación Alli Causai
Subactividad 1.1.1Enviar los oficios 8.00 0.00
respectivos
Subactividad 1.1.2 Realizar el 16.50 0.00
proyecto de vinculación a ser
aprobado.
Actividad 1.2 Levantar la 26.50 0.00
información actual
Subactividad 1.2.1 Analizar cada 13.00 0.00
uno de los componentes actuales
Subactividad 1.2.2 Hacer el cálculo 12.00 0.00
actual de pérdidas por tubería
Subactividad 1.2.3 Realizar el 1.50
análisis económico actual del
Hospital
Componente 2 Analizar las 50.00 100.00 150.00

diferentes alternativas de solución al
problema planteado
Actividad 2.1Estudiar las diferentes 27.00 34.00
alternativas de solución
Subactividad 2.1.1Análisis de 27.00 34.00
diferentes dispositivos
Actividad 2.2.Análisis de la 23.00 66.00
alternativa de solución
Subactividad 2.2.1Verificar la 23.00 66.00
factibilidad de cada uno de los
dispositivos
Componente 3Plantear un sistema 200,00 100.00 300

de calentamiento por energía
fotovoltaica, a fin de permitir el
calentamiento de agua de forma
segura
Actividad 3.1Diseño de un sistema 120.00 60.00
fotovoltaico para calentamiento de
agua
Subactividad 3.1.1 Análisis 14.00 13.00
Energético
Subactividad 3.1.2 Diseño de 68.00 21.00
sistema fotovoltaico
Subactividad 3.1.2 Selección de 38.00 26.00
Equipos
Actividad 3.2.Análisis de Costos de 80.00 40.00
implementación
Subactividad3.2.1Análisis de 45.00 29.50
Costos
Subactividad3.2.2 Presentación y 35.00 10.50
redacción de informe final
TOTAL 500
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15
5.2 PRESUPUESTO POR CONCEPTO DEL PROYECTO:
15
16
6. ANEXOS:
 Oficio a Dr. Carlos Rojas, Director del Hospital Fundación Alli Causai.
 Acta de aceptación y compromiso.
 Registro único de contribuyentes (RUC) del Hospital Fundación Alli Causai.
16
17
17
18
CENTRO DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD “CEVIC”
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
ACTA DE ACEPTACIÓN Y COMPROMISO PARA LA PLANIFICACIÓN,

EJECUCIÓN, MONITOREO Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS ACADÉMICOS
DE SERVICIO COMUNITARIO PARA VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD
En la ciudad de Ambato, a los 15 días del mes de mayo del dos mil once, la Fundación Alli
Causai, representada por el Dr. Carlos Rojas, en calidad de Presidente y la Universidad
Técnica de Ambato a través de la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, representada
por el Sr. Ing. Francisco Pazmiño, en calidad de Decano de Facultad, acuerdan celebrar la
presente Acta de Aceptación y Compromiso, al tenor de las siguientes cláusulas:
PRIMERA.- ANTECEDENTES.
1.1 La Fundación Alli Causai (FAC), es una organización no gubernamental sin fines
de lucro, orientada al desarrollo integral de la población de la sierra central del
Ecuador. Inicia sus actividades en 1983 en comunidades rurales andinas,
mayoritariamente indígenas, en donde implementa procesos de atención y
prevención en salud. Tiene personería jurídica desde 1994 inscrita en el Ministerio
de Salud Pública. Alli Causai nombre kichua que significa vida completa, integra.
En la actualidad, la FAC apoya el desarrollo sostenible de la población urbana y
rural de la zona central andina del Ecuador, con menos acceso a los servicios
básicos y de salud. Su actividad no se limita a lo asistencial, sino que alienta
procesos que integren lo productivo, ambiental, educativo y preventivo, desde una
perspectiva culturalmente sensible.
1.2 La Universidad Técnica de Ambato entre los principios que orientan sus funciones
contempla la “Vinculación con la Sociedad”, en virtud de la cual esta Institución de
Educación Superior pone a disposición de la comunidad su colaboración en áreas
18
19
específicas a entidades, tanto públicas como privadas a través de la Facultad de

Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica.
SEGUNDA.- OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL

- Facilitar la vinculación Universidad-Sectores sociales, productivos y culturales.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Establecer la cooperación interinstitucional entre la Facultad de Ingeniería Civil
y Mecánica, de la Universidad Técnica de Ambato y la Fundación Alli Causai.
- Desarrollar en forma conjunta y participativa la Planificación, Ejecución,
Monitoreo y Evaluación del Proyecto Académico de Servicio Comunitario para
Vinculación con la Sociedad; con el siguiente tema: “Estudio de utilización de
Energía Fotovoltaica, para asegurar el consumo de agua, en el Hospital
Fundación Alli Causai”.
TERCERA.- COMPROMISOS DE LAS PARTES
1.1 LaFundación Alli Causai se compromete a:
- Brindar las facilidades necesarias durante la Etapa de Planificación, Ejecución,

Monitoreo y Evaluación de los Proyectosa través de un Coordinador designado
para el efecto, para que proporcione la información necesaria al personal de la
Universidad Técnica de Ambato.
- Suscribir a través de su coordinador Dr. Carlos Rojas, los formatos respectivos
de la Planificación del Proyecto para su posterior aprobación, ejecución -
monitoreo y evaluación.
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20
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21
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22
22
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23
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“CEVIC”

ETAPA II: “EJECUCIÓN Y MONITOREO”


DOCENTE AUTORA:
Ambato, Septiembre 2011
24
ÍNDICE ETAPA II
Contenido
1. ESTRATEGIAS DE MONITOREO:…………………………………………………...1
2. REGISTRO DE ASISTENCIA:………………………………………………………….3
3. REGISTRO DE ACTIVIDADES TUTORIALES DEL COORDINADOR O DOCENTE
PARTICIPANTE DEL PROYECTO:……………………………………………………..49
1
1
1. ESTRATEGIAS DE MONITOREO:
OBJETIVOS TIEMPOS PROGRAMADOS Y PRESUPUESTOS TIEMPO Y PRESUPUESTO DE EJECUCIÓN REQUERÍ TIEMPO Y PRESUPUESTO FINALES (CON FECHA
MIENTO
ESPECÍFICOS/ACTIVIDADES REAL DE AJUSTES REQUERIDOS DE SER EL CASO) INFOR
SUBACTIVIDADES DESDE HASTA # HORAS TOTAL DESDE HASTA # HORAS TOTAL AJUSTES DESDE HASTA # HORAS TOTAL USD ME
USD USD SI/NO FINAL
Componente 1: Estudiar el estado 85 50.00 85 50.00 No 15-09-2011
actual del sistema de distribución de
agua
Actividad l.l Establecer convenio con 30 24.50 30 24.50
la Universidad Técnica de Ambato,
específicamente con la Facultad de
Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera
Mecánica y la Fundación Alli Causai
Subactividad l.l.l Enviar los oficios 22-03-2011 31-03-2011 10 8.00 22-03-2011 31-03-2011 10 8.00
respectivos
Subactividad 1.1.2 Realizar el 01-03-2011 15-04-2011 20 16.50 01-03-2011 15-04-2011 20 16.50
proyecto de vinculación a ser
aprobado.
A c ti vi d a d 1 . 2 Le v a n t a r l a 55 26.50 55 26.50
información actual
Subactividad 1.2.1 Analizar cada uno 20-05-2011 15-06-2011 25 13.00 20-05-2011 15-06-2011 25 13.00
de los componentes actuales
Subactividad 1.2.2 Hacer el cálculo 30-05-2011 15-06-2011 15 12.00 30-05-2011 15-06-2011 15 12.00
actual de pérdidas por tubería
Subactividad 1.2.3 Realizar el 15-06-2011 20-06-2011 15 1.50 15-06-2011 20-06-2011 15 1.50
análisis económico actual del Hospital
Componente 2 Analizar las diferentes 45 150 45 150 No
alternativas de solución al problema
planteado
Actividad 2.1Estudiar las diferentes 30 61.00 30 61.00
alternativas de solución
Subactividad 2.1.1Análisis de 21-06-2011 30-06-2011 30 61.00 21-06-2011 30-06-2011 30 61.00
diferentes dispositivos
Actividad 2.2. Análisis de la 15 89.00 15 89.00
alternativa de solución
Subactividad 2.2.1Verificar la 01-07-2011 10-07-2011 15 89.00 01-07-2011 10-07-2011 15 89.00
factibilidad de cada uno de los
dispositivos
Componente 3Plantear un sistema de 95 300.00 95 300.00 No
c a lenta mi en t o p or en ergía
fotovoltaica, a fin de permitir el
calentamiento de agua de forma
segura
Actividad 3.1 Diseño de un sistema 75 230.00 75 230.00
fotovoltaico para calentamiento de
agua
1
2
2
49
49
49
50
50
50
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“CEVIC”

ETAPA III: “EVALUACIÓN”


DOCENTE AUTORA:
Ambato, Noviembre 2011
52
53
ÍNDICE ETAPA III
1. EVALUACIÓN DE RESULTADOS:…………………………………………………...1
2. FICHAS DE EVALUACIÓN DE ESTUDIANTES PARTICIPANTES:…………….... 3
C. RESUMEN DE PROYECTOS EJECUTADOS, MONITORIADOS Y EVALUADOS.4
53
1
1. EVALUACIÓN DE RESULTADOS:
RESUMEN NARRATIVO DE OBJETIVOS INDICADORES VERFIFICABLES PRODUCTOS O RESULTADOS

NIVEL DE CUMPLIMIENTO
OBJETIVAMENTE ALCANZADOS
FIN: 100% del proyecto realizado El éxito delestudio dependerá de la
Facilitar el aseo diario a pacientes y 124 personas diarias consumen agua caliente implementación de la propuesta
100 %
personal, con agua caliente en el Hospital durante el segundo semestre del planteada en el anexo (1).
2011
PROPÓSITO/ OBJETIVO GENERAL: Un estudio de utilización de energía
Elaborar un estudio sobre sistema Estudio sobre sistema con energía
fotovoltaica, para asegurar el consumo de
fotovoltaico para un eficiente solar para calentamiento de agua 100 %
agua, en el Hospital Fundación Alli Causai,
calentamiento de agua. (anexo 1).
durante el tercer trimestre del año 2011.
COMPONENTES
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Estudiar el estado actual del sistema de Estudiantes participan en el estudio Registro de asistencia 100 %
distribución de agua
Analizar las diferentes alternativas de Presentación de diferentes alternativas de Informe técnico presentado por los 100 %
solución al problema planteado solución estudiantes
Plantear un sistema de calentamiento

por energía fotovoltaica, a fin de
100 %
permitir el calentamiento de agua de Presentación del proyecto planteado Informe técnico
forma segura
VALORACIÓN FINAL:
El estudio realizado ha llegado a la selección del sistema más rentable, de alta eficiencia y el que tendrá una prolongada vida útil que lograra el calentamiento del agua
de la fundación hospital Alli Causai.Las instalaciones del hospital se encuentra en un área libre de vegetación, edificios; siendo apto para la instalación de colectores
solares para el calentamiento de agua.
1
2
2
3
3
4
C: RESUMEN DE PROYECTOS EJECUTADOS, MONITORIADOS Y EVALUADOS
4

“CEVIC”

INFORME Y PROPUESTA


DOCENTE AUTORA:
ÍNDICE
0
ÍNDICE .................................................................................................................................. 0
ANÁLISIS DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES ACTUALES DE
CALENTAMIENTO DE AGUA DEL HOSPITAL FUNDACIÓN ALLI CAUSAI. .. 4
1. INTRODUCCIÓN: ......................................................................................................... 4
2. OBJETIVOS: ............................................................................................................... 5
3. MATERIALES Y EQUIPOS: ..................................................................................... 5
4. ALCANCE: ................................................................................................................. 5
5. ANÁLISIS DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES ACTUALES DEL
SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA DEL HOSPITAL ALLI CAUSAI........ 6
5.1 Descripción general del hospital: ............................................................................. 6
5.2. Agua caliente para uso en la cocina: .................................................................... 7
5.3 Agua caliente para el uso de aseo de los residentes: ................................................ 8
5.4 Agua caliente para el uso en aseo de pacientes en hospitalización: ......................... 8
5.5 Agua caliente para el uso en el laboratorio bacteriológico:..................................... 9
5.6 Agua caliente para el uso en lavandería: .................................................................. 9
6. TABULACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS
INSTALADOS: ................................................................................................................ 12
7. CONCLUSIONES:....................................................................................................... 13
8. RECOMENDACIONES: ............................................................................................ 13
CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TUBERÍAS. ................................................................. 14
1. OBJETIVOS: ................................................................................................................ 14
2. MATERIALES Y EQUIPOS: ...................................................................................... 14
3. MARCO TEÓRICO: .................................................................................................... 14
3.1 Pérdidas primarias por fricción en tuberías. ........................................................... 14
3.2 Pérdidas secundarias por fricción en tuberías......................................................... 15
4. MEDICIÓN DE CAUDALES Y VELOCIDADES EN CADA DUCHA: .................. 18
5. CONCLUSIONES:....................................................................................................... 23
6. RECOMENDACIONES: ............................................................................................. 23
ANÁLISIS ECONÓMICO DEL HOSPITAL..................................................................... 24
1. OBJETIVOS: ................................................................................................................ 24
2. DATOS DE PARTIDA: ............................................................................................... 24
3. CÁLCULO DE LA CARGA DE CONSUMO: ........................................................... 24
3.1. Demanda diaria de agua caliente en el área de hospitalización en el Hospital Allí
Causai. .......................................................................................................................... 24
1
3.2 Temperatura del agua para confort humano. .......................................................... 25
3.3 Características del agua en el sector Hospital Allí Causai. .................................... 25
3.4 Calor mensual requerido para calentar el agua en el área de hospitalización. ....... 26
3.5 Diseño de un sistema de calentamiento de agua calefones a gas: .......................... 27
3.6 Diseño y cálculo del emisor: .................................................................................. 27
3.7 Datos de los calefones a alimentar: ........................................................................ 28
3.8 Cálculo de la capacidad de almacenamiento: ......................................................... 28
Cálculo por vaporización:................................................................................................. 28
Cálculo por autonomía: .................................................................................................... 29
4. COSTO ANUAL ESTIMADO POR CONSUMO DE GAS: ...................................... 30
ANÁLISIS Y DISEÑO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PARA EL PROBLEMA
PLANTEADO .............................................................................................................. 31
1. OBJETIVOS: ................................................................................................................ 31
2. SISTEMA DE CALENTAMIENTO A BASE DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA: .. 31
2.1 Generalidades. ........................................................................................................ 31
2.2. El sistema fotovoltaico: ......................................................................................... 32
2.3. Funcionamiento del sistema FV: ........................................................................... 32
2.4. Vida útil de un panel solar fotovoltaico ................................................................ 34
2.5. Impacto ambiental de la energía solar fotovoltaica ............................................... 35
2.6. Radiación solar. ..................................................................................................... 36
2.7. Variación de la insolación: .................................................................................... 36
2.8. Irradiación del sol: ................................................................................................ 37
2.9. Día solar promedio: ................................................................................................... 37
2.10. Planteamiento de solución .................................................................................. 39
2.11 Diseño del sistema fotovoltaico............................................................................ 39
2.12. Conclusiones........................................................................................................ 43
2.13. Referencias bibliográficas. .................................................................................. 44
3. SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA POR COLECTORES SOLARES
PLANOS ...................................................................................................................... 45
3.1. La Energía solar térmica de baja temperatura: .......................................................... 45
3.2. Calentadores solares o térmicos. ............................................................................... 45
3.3. Partes de un calentador solar de agua: .......................................................................... 45
3.4. Dimensionamiento de una instalación de colectores solares planos: ........................... 46
3.4.1. Cálculo de la energía solar disponible: ................................................................... 46
3.4.2. Cálculo de la superficie de captación y número de colectores: .............................. 48
2
3.4.4. Selección del tanque de acumulación: .................................................................... 51
3.4.5. Selección de la configuración básica del proyecto: ................................................... 52
3.4.6. Diseño del circuito hidráulico: .................................................................................. 53
Tuberías: ........................................................................................................................... 53
3.4.7. Aislamiento del circuito hidráulico: ....................................................................... 56
3.5 Costo estimado de instalación de colectores planos: .................................................. 59
4. ANEXOS ........................................................................................................................ 60
3
ANÁLISIS DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES ACTUALES DE
CALENTAMIENTO DE AGUA DEL HOSPITAL FUNDACIÓN ALLI CAUSAI.
1. INTRODUCCIÓN:
El presente estudio está dedicado al análisis de la situación actual del sistema de

calentamiento de agua para el aseo de pacientes de la fundación Allí Causai. Esta
iniciativa es impulsada por los directivos del hospital Allí Causai que junto con
docentes autoridades y estudiantes de la Universidad Técnica de Ambato
comprometidos con un desarrollo sustentable y consientes de un posible incremento
de costos de combustibles tradicionales han iniciado a través de este estudio la
búsqueda de alternativas de energía renovable para proveer de agua caliente en
forma permanente y económica a los usuarios de este hospital.
Actualmente, el hospital cuenta con un sistema de calentamiento compuesto por tres
calefones a gas, una cisterna y dos tanques elevados de reserva los cuales tratan de
satisfacer la demanda de agua caliente. El calentamiento de agua se realiza en dos
sectores claramente identificados: uno está destinado para la preparación de
alimentos y los otros para el aseo de los pacientes.
Se incluye la identificación de los lugares donde se debe disponer de agua caliente,
también se indican las características como temperaturas y las actividades a las que se
va emplear el agua.
Los resultados obtenidos en este estudio serán la base para la selección del sistema
más económico que asegure el calentamiento de agua. Entre las alternativas de
solución encontramos el calentamiento de agua por medio de paneles solares, la
utilización de energía eléctrica producida en paneles fotovoltaicos.
4
2. OBJETIVOS:
 General:
o Describir el estado actual de los equipos de calentamiento de agua
del hospital fundación Alli Causai.
 Específicos:
o Enlistar los equipos existentes en el hospital fundación Alli Causai.
o Identificar las condiciones de operación de los equipos.
o Indicar las anomalías presentes en los equipos.
3. MATERIALES Y EQUIPOS:
 Cámara fotográfica.
 Termómetro
 Fichas de observación
 Encuestas
4. ALCANCE:
Los equipos evaluados se limitan a la red de alimentación de agua que incluye: la
cisterna, la bomba, el tanque de elevación, los calefones, los muebles consumidores y
las tuberías que conectan los elementos ya mencionados.
Así también el estudio se ve limitada a las áreas construidas y que tienen instalación
de agua caliente de acuerdo a los planos de construcción dotados por las autoridades
del hospital.
5
5. ANÁLISIS DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES ACTUALES DEL
SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA DEL HOSPITAL ALLI CAUSAI
5.1 Descripción general del hospital:
 El hospital aún no cuenta con el total de la infraestructura construida,
actualmente se han hecho modificaciones en su modelo original para
posibilitar el funcionamiento del mismo.
 De acuerdo a los planos de construcción ningún consultorio está dotado de
instalación para agua caliente.
 De acuerdo con la información proporcionada por las autoridades y con la
observación realizada, las tuberías de agua caliente no presentan protección
para minimizar las pérdidas de calor.
Sala de máquinas.
Espacio libre destinado a salas de hospitalización
6
5.2. Agua caliente para uso en la cocina:
 El área de la cocina dispone de una red de alimentación de agua independiente

de las demás áreas; está compuesta por:
o Una bomba de 0.55 kW que tiene una capacidad máxima de bombeo de
40 lt/min y una mínima de 10 lt/min. Se encuentra en buen estado de
funcionamiento. Necesita ser empotrada al piso.
o La tubería de descarga de la bomba es de ¾ de pulgada en acero
galvanizado.
o Cuenta con un calefón de 22.4 kW de potencia, con una capacidad de
calentamiento máxima de 26.3 lt/min una minina de 7 lt/min. El calefón
está en funcionamiento el cual utiliza cilindros de uso doméstico.
o La cocina esta provista de 2 llaves de ½ pulgada; las mismas que son
empleadas para labores de limpieza de utensilios.
Calefón para el área de cocina.
7
Bomba y vaso de expansión
5.3 Agua caliente para el uso de aseo de los residentes:
 El hospital cuenta con un programa con una universidad, por lo que varios
estudiantes de medicina se albergan en el hospital por varios días. El espacio
de los residentes cuenta con dos duchas.
 El área de residentes se encuentra en el sector de la cocina, por lo que la
demanda de agua caliente está cubierta por la red de alimentación de la cocina
anteriormente mencionada.
5.4 Agua caliente para el uso en aseo de pacientes en hospitalización:
 El hospital cuenta con 24 camas distribuidas en 6 salas, las cuales cuentan con
una ducha cada una en la sección de hospitalización.
 El aseo de pacientes representa la actividad que mayor demanda de agua
requiere.
 Se cuenta con agua caliente solo en las habitaciones cercanas al calefón, pues
para las distancias mayores el agua se enfría debido a las pérdidas de calor a
través de las tuberías hasta las paredes.
8
 Para obtener agua caliente en las duchas se debe esperar varios minutos, pues
las tuberías son de 1 pulgada de diámetro las mismas que almacenan gran
cantidad de agua; esto incrementa el desperdicio de agua caliente y aumenta el
consumo de gas.
5.5 Agua caliente para el uso en el laboratorio bacteriológico:
 El uso del agua en los laboratorios está destinado al aseo y desinfección del
instrumental.
 En este lugar el agua debe estar a temperatura de ebullición (92ᵒC) para poder
desinfectar el instrumental.
 La demanda diaria de agua caliente es de 15 litros.
 Actualmente el laboratorio no cuenta con agua caliente, el agua requerida es
calentada en una cocina.
5.6 Agua caliente para el uso en lavandería:
El agua caliente en este sector es utilizada para el lavado de sabanas, manteles,

uniformes, etc.
El uso de agua caliente en la hospitalización, laboratorio y lavandería está cubierta por

una segundad red agua formada por:
o Una bomba de 0.74 kW que tiene una capacidad máxima de bombeo de

48 lt/min y una mínima de 7 lt/min. Se encuentra en buen estado de
funcionamiento. Funciona con normalidad, aunque hay liqueo, no está
empotrada, y existe presencia de piting en la carcasa.
o La tubería de descarga de la bomba es de ¾ de pulgada en acero
galvanizado.
o El agua utilizada es bombeada desde la cisterna y almacenada en un
tanque elevado de 1200 litros de capacidad sobre la terraza del hospital.
Desde donde se distribuye a la red de agua caliente y fría.
o El tanque se descarga por dos tuberías plásticas de ¾ pulgadas de
diámetro, las cuales se une en una tubería de 1 ½ pulgadas que alimenta
a la red de agua del hospital.
9
o Cuenta con dos calefones de 22.4 kW de potencia, con una capacidad de
calentamiento máxima de 26.3 lt/min una minina de 7 lt/min. Los
calefones están en funcionamiento utilizando cilindros de uso
doméstico.
Cisterna de abastecimiento de agua del hospital.
Bomba de abastecimiento de agua a tanque elevado del bloque principal.
10
Tanque elevado
11
6. TABULACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS INSTALADOS:
EQUIPO ACTIVIDAD POTENCIA CAPACIDAD CAPACIDAD OBSERVACIONES

[KW] Max Min
Cisterna Almacenamiento de N.A. 38000 lt --------- Funciona con normalidad
agua.
Bomba Suministro agua a los 0.75 48 lt/min 7 lt/min Funciona con normalidad,
(ambiente) reservorios presencia de liqueo, no
está empotrada, presencia
de piting en la carcasa.
Bomba Suministro de agua a 0.55 40 lt/min 10 lt/min Funciona con normalidad,

(cocina) la cocina y calefón 3. no está empotrada.
Calefón 1 Calentamiento de 22.4 26.3 lt/min 7 lt/min Funciona con normalidad

agua para
hospitalización.
Calefón 2 Calentamiento de 22.4 26.3 lt/min 7 lt/min Buen estado, sin uso
agua para
hospitalización.
Calefón 3 Calentamiento de 22.4 26.3 lt/min 7 lt/min Funciona con normalidad
agua para cocina.
Reservorio 1 Almacenamiento de N.A. 1200 lt -------- Funciona con normalidad
agua para bloque
principal.
Reservorio 2 Almacenamiento de N.A. 800 lt -------- Funciona con normalidad
agua para bloque
principal.
12
7. CONCLUSIONES:
 El hospital no cuenta con un programa de mantenimiento para los equipos

instalados.
 Las áreas con mayor demanda de agua caliente son la de hospitalización para
aseo de pacientes y cocina para aseo de utensilios y alimentos.
 La temperatura del agua de 90ºC en el laboratorio de bacteriología no puede
ser cubierta por sistema de calentamiento actual.
 Las salas de hospitalización alejadas de los calefones no disponen de agua
caliente.
 El hospital cuenta con espacio disponible en las terrazas, ideal para la
colocación de un sistema de calentamiento de agua por energía solar.
 El área de hospitalización y la cocina son los sectores con mayor demanda de
agua por tanto el estudio se limitara al abastecimiento de agua a las áreas
mencionadas; dejando fuera del proyecto al abastecimiento de agua caliente
en consultorios.
8. RECOMENDACIONES:
 Construir bases para fijar las bombas para reducir vibraciones que afecten el
funcionamiento de estas.
 Realizar mantenimiento preventivo en las bombas, para corregir fugas de agua
por los sellos de los ejes que mojan y corroen las carcasas de las bombas.
 Colocar un sistema de control de nivel de agua en la cisterna para evitar que las
bombas funcionen cuando la cisterna está vacía, para prevenir que las bombas
se quemen.
 Realizar mantenimiento preventivo en el calefón del área de la cocina, para
descartar posibles fugas de agua y gas.
 Reemplazar los cilindros de gas de uso doméstico por cilindros industriales
para evitar posibles sanciones.
13
CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TUBERÍAS.
1. OBJETIVOS:
 General:
o Determinar las pérdidas por fricción en tuberías.
 Específicos:
o Identificar las características de las tuberías que forman el circuito
de agua caliente.
o Comparar las características del circuito de agua caliente indicado
en los planos con los construidos.
o Calcular las velocidades en cada tramo de tubería.
2. MATERIALES Y EQUIPOS:
 Cronometro
 Recipiente para agua (escala lt)
 Flexómetro (5m)
 Cinta métrica (30 m)
 Fichas de observación
3. MARCO TEÓRICO:
3.1 Pérdidas primarias por fricción en tuberías.
“Es aquella en la que se supone existe tubería horizontal de diámetro constante D por
la que circula un fluido cualquiera cuya velocidad media en la tubería es v. la energía
en el punto (sección) 2 será igual a la energía en el punto 1 menos la energía pérdida
(pérdida de carga) entre los puntos 1 y 2, es decir, se cumple la ecuación de Bernoulli
con pérdidas, que expresada en alturas equivalentes será la ecuación 1.
[Ec. 1]
En el caso particular del ejemplo:

(Tubería horizontal) y (sección transversal constante). Luego
14
Donde son las pérdidas primarias entre 1 y 2”. [1]
Para el cálculo de pérdidas primarias producidas por fricción en las tuberías se
realizó:
1. Dividir en tramos los diferentes lugares de requerimiento de agua caliente.
2. Medir el caudal de agua en cada uno de los puntos donde están localizadas la
salida de agua caliente.
3. Los valores de diámetro y longitud de cada sección fueron tomados del plano
de distribución de agua del hospital.
4. Calcular el número de Reynolds y verificar la clase de flujo que se obtiene en
cada tramo.
5. Establecer la ecuación de Darcy para el cálculo de pérdidas debido a fricción.
6. Definir el factor de fricción (coeficiente de fricción).

7. Calcular la perdida en cada tramo para posteriormente sumar con las pérdidas
secundarias de cada tramo y sacar un resultado total. [1]
3.2 Pérdidas secundarias por fricción en tuberías.i
Son aquellas conocidas también como pérdidas menores, estas se dan a medida que
los fluidos se desplazan por medio de accesorios como válvulas, cambio de sección en
la trayectoria, codos, dilataciones, contracciones, etc. La energía se pierde bajo estas
condiciones debido a fenómenos físicos bastante complejos. [2]
Para el cálculo de pérdidas secundarias se procede a revisar cada accesorio donde:
Dónde:
h= pérdidas en accesorios
15
K= coeficiente de resistencia
= cabeza de velocidad
El coeficiente K varía según el tipo de accesorio.

1. Salida del tanque de reservorio.
2. Codos
3. Tee
4. Válvulas
La pérdida de energía incurrida como fluido a través de una válvula o juntura se

calcula a partir de la ecuación
Para la determinación del coeficiente de resistencia K se reporta en la forma:
16
El valor de Le/D, llamado la proporción de longitud equivalente, se reporta en
la tabla y se considera que es una constante para un tipo dado de válvula o
juntura.
Check
Válvula globo
Válvula compuerta.
17
3.3 Velocidad Recomendada
“Una velocidad de flujo razonable para sistemas de distribución de fluido es de
aproximadamente 3.0 m/s (alrededor de 10 pies/s). Esto se puede aplicar a agua,
aceite y otros líquidos de uso común en conductos.” [2]
4. MEDICIÓN DE CAUDALES Y VELOCIDADES EN CADA DUCHA:
Para la medición de los caudales en las duchas se utilizó un recipiente para medir la
cantidad de agua que sale de las duchas en una unidad de tiempo.
Cada medición de la realizó 4 veces y los datos obtenidos se los resume en la siguiente
tabla:
18
OBSERVACIÓN EN AMBIENTES CONSTRUIDOS
Nº LUGAR ACTIVIDAD CONSUMIDOR # CONSUM. CAPACIDAD OBSERVACIONES
[lt/min]
21 Laboratorio Aseo Grifo met. 1 3.13
22 Laboratorio – Aseo de Grifo met. 1 3.11 Se requiere agua sobre la
bacteriología instrumental temperatura de ebullición
32 Lockers Estancia Ducha 2 2.8
33 Área de Cocina Grifo met. 1 4.18
enfermeros
39 Recuperación Aseo y Ducha 1 3.85
terapias 1 3.67
41 Sala de espera Aseo Ducha 1 4.10
Grifo porcl. 1 4.05
44 Utilería Aseo Grifo met. 2 4.38 Funcionan con normalidad
instrumental
45a Hospitalización Aseo de Ducha 1 3.9
pacientes Grifo porcl. 1 3.7
45b Hospitalización Aseo de Grifo porcl. 1 4.2
pacientes
45c Hospitalización Aseo de Ducha 1 4.17
pacientes Grifo porcl. 1 9
45e Hospitalización Aseo de Ducha 1 4.2
pacientes Grifo porcl. 1 8.2
46 Hospitalización Aseo de Ducha 1 1.65 Se calienta el agua al abrir dos
pacientes Grifo met. 1 4.1 grifos simultáneamente para
Grifo porcl. 1 7.9 satisfacer la capacidad mínima
del calefón
47 Cuidado intr. Aseo de Ducha 1 5.14
pacientes
48 Sala de partos Aseo Ducha 1 3.3 Funciona con normalidad.
19
Para el estudio de calentamiento de agua se ha tomado en cuenta como prioridad la
dotación de agua para aseo, por lo que solo se trabajara con la medición en las duchas.
Con las medidas de los caudales de agua en cada punto, evaluamos el caudal promedio
[Q].
capacidad instalada
Lugar Consumidor cantidad
[lt/min]
Lockers Ducha 2 2.8
Recuperación Ducha 1 3.85
Hospitalización Ducha 1 4.1
Cuidado intermedio Ducha 1 5.14
Sala de partos Ducha 1 3.3
número total de duchas 10

caudal promedio
[lt/min] 3.311
Una vez conocido el caudal promedio [Q] podemos evaluar la velocidad [V] en cada
tramo de tubería en función del área [A], reemplazando en la siguiente formula:
V = Q/A
Luego procedemos al calculó de las pérdidas con el procedimiento descrito en el
marco teórico.
20
CUADRO DE PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS DE AGUA CALIENTE DEL HOSPITAL ALLI CAUSAI
Gasto Diámetro Diámetro Factor Pérdida por Pérdidas en

Velocidad Numero de Longitud Pérdidas
Tramo máximo nominal interior de fricción en accesorios
[m/seg] Reynolds real [m] totales
[lt/min] [pulgadas] [m] fricción f tubería [m] [m]
3/4 0.0204 1.027 18222.0451 2.44 0.0272 0.175 0.5565464
O-A 40.29 1 1/2 0.0404 0.524 18402.4614 9.45 0.0272 0.089 0.2385959 1.702
1 0.0266 1.208 27949.603 7.8 0.0245 0.534 0.1092644
1 0.02665 0.049 2002.81458 4 0.0473 0.001 0
A-B 1.65 0.028
1/2 0.015545 0.145 3433.58048 7 0.0413 0.020 0.0068557
A-C 38.64 1 0.02665 1.155 46902.276 2.6 0.0215 0.143 0 0.143
C-D 3.3 1/2 0.015545 0.290 6867.16096 3.6 0.0348 0.034 0.0230598 0.058
C-E 35.34 1 0.02665 1.056 42896.6468 22.2 0.0220 1.041 0 1.041
E-F 3.5 1/2 0.015545 0.307 7283.35253 2.8 0.0342 0.030 0.0255608 0.055
G-H 3.5 1/2 0.015545 0.307 7283.35253 2.8 0.0342 0.030 0.0255608 0.055
G-I 3.11 1/2 0.015545 0.273 6471.77896 29.6 0.0353 0.255 0.0871703 0.343
G-J 25.23 3/4 0.0204 1.287 40007.4708 13.8 0.0224 1.277 0 1.277
3/4 0.0204 0.199 6184.27015 10 0.0357 0.035 0.0040232
3.9 0.096
J-K 1/2 0.015545 0.342 8115.73568 2.5 0.0333 0.032 0.0249114
J-L 21.33 3/4 0.0204 1.088 33823.2006 4 0.0233 0.276 0.5626917 0.839
L-M 3.9 1/2 0.015545 0.342 8115.73568 5.2 0.0333 0.067 0.0189326 0.086
L-N 17.43 3/4 0.0204 0.889 27638.9304 11.4 0.0245 0.552 0.0592786 0.611
3/4 0.0204 0.204 6342.84118 7.4 0.0355 0.027 0.0045106
N-P 4 0.124
1/2 0.015545 0.351 8323.83146 5.4 0.0331 0.072 0.0197903
N-Q 5.14 1/2 0.015545 0.451 10696.1234 3.8 0.0311 0.079 0.0500774 0.129
N-R 8.29 1 0.02665 0.248 10062.626 12.6 0.0316 0.047 0.0395144 0.086
8.29 3/4 0.0204 0.423 13145.5383 2.5 0.0295 0.033 0
R-S 0.316
1/2 0.015545 0.728 17251.1407 4.5 0.0276 0.216 0.0671177
Pérdidas totales 6.988
21
Longitud equivalente en diámetros de Pérdidas menores (accesorios)
Diámetro
Cantidad conducto Le/D
Tramo nominal
[pulgadas]
codos tee check globo compuerta codos tee check globo compuerta codos tee check globo compuerta
O-A 3/4 4 1 2 30 60 100 0.17575 0.08788 0.29292
1 1/2 2 2 1 1 1 30 60 100 340 8 0.02280 0.04559 0.03799 0.12918 0.00304
1 2 30 0.10926
A-B 1
1/2 4 1 30 35 0.00531 0.00155
A-C 1
C-D 1/2 2 1 1 30 60 35 0.00893 0.00893 0.00521
C-E 1
E-F 1/2 2 1 1 30 60 35 0.00989 0.00989 0.00577
G-H 1/2 2 1 1 30 60 35 0.00989 0.00989 0.00577
G-I 1/2 3 1 1 1 30 60 340 160 0.01207 0.00805 0.04560 0.02146
G-J 3/4
J-K 3/4 1 30 0.00402
1/2 3 1 30 35 0.01794 0.00698
J-L 3/4 1 1 60 340 0.08440 0.47829
L-M 1/2 2 1 30 35 0.01196 0.00698
L-N 3/4 1 60 0.05928
N-P 3/4 1 60 0.00451
1/2 2 1 30 35 0.01250 0.00729
N-Q 1/2 2 1 1 30 60 35 0.01938 0.01938 0.001131
N-R 1 1 1 60 340 0.00593 0.03359
R-S 3/4
1/2 1 1 30 60 0.02237 0.04475
22
5. CONCLUSIONES:
 La velocidad en todos los tramos de tubería del circuito no superan la

velocidad recomendada de 3 m/seg.
 El caudal promedio de la ducha es de 3.3 lt/min, el cual no acciona el calefón
cuyo caudal mínimo es de 7 lt/min, por lo que es necesario abrir dos llaves
extras para cumplir con el requerimiento mínimo, originando un desperdicio
de agua y combustible.
6. RECOMENDACIONES:
 Contactar con el responsable de la instalación de los calefones a fin de

documentar los cambios hechos en el circuito de tuberías de agua.
23
ANÁLISIS ECONÓMICO DEL HOSPITAL
1. OBJETIVOS:
 General:
o Estimar el gasto mensual por calentamiento de agua con calefones.
 Específicos:
o Determinar la cantidad de agua requerida para el aseo de personas.
o Calcular la demanda energética para calentar agua para las áreas de
hospitalización y cocina.
2. DATOS DE PARTIDA:
Las instalaciones del Hospital Allí Causa, se encuentran ubicadas en la ciudad de
Ambato a 78°; 37' 11’’; de longitud con relación al Meridiano de Greenwich y a 1° 13'
28” de latitud sur con relación a la Línea Equinoccial, a 2,500.067 metros sobre el
nivel del mar. Su clima es templado seco, su temperatura media es de 20°C.
Actualmente goza de todos los servicios básicos, como son: energía eléctrica,
alcantarillado, teléfono y agua potable.
La edificación es de un piso construida en hormigón armado, dejando espacio libre en

su terraza apto para la colocación de paneles solares o fotovoltaicos para la dotación
de agua. El hospital se encuentra en un sector libre de edificios altos y bosques a su
alrededor los cuales puedan generar sombra obstruyendo la captación de energía
solar.
3. CÁLCULO DE LA CARGA DE CONSUMO:

3.1. Demanda diaria de agua caliente en el área de hospitalización en el Hospital
Allí Causai.
La demanda de agua caliente que requiere cada persona en el hospital se la puede
determinar reemplazando el tiempo promedio que los pacientes tardan en tomar un
baño y el caudal promedio de las duchas en la siguiente ecuación:
Vi = Cp x tp
La masa del agua se la puede encontrar a partir del volumen:
24
Causai
T0 temperatura inicial del agua [ᵒC] 15 eficien
Tc temperatura máxima de confort [ᵒC] 45 radiac
Cp calor específico del agua [KJ/KgᵒK] 4.18 área d
ρ densidad del agua [Kg/m3]
m= V*ρ 995
capacidad
Demanda diaria de agua caliente por persona

V dep volum
tp tiempo en tomar un baño [min] 18
Cp caudal promedio de las duchas [lt/min] 3.33
Vi consumo agua por paciente [lt/día] 60
El consumoNdiario numero
total de agua caliente esconsumidoras
de personas de 1560 litros. 26
V consumo diario total de agua [lt/día] 1558.4
m consumo másico de agua por día 1550.6
3.2 Temperatura del agua para confort humano.
 “La gamaCantidad de calor
de temperatura diarioestá
de confort para calentar el
comprendida agua
aproximadamente entre
25 yQ̇45ºC.”[1]
cantidad de calor diario [MJ/día] 194.45
 “El equilibrio térmico del cuerpo humano en reposo en el agua es de 33ºC.”[2]
 Bañarse con agua tibia, entre 29°C a 37°C, es agradable y no causa daños a la
Caudal de GLP consumido por los dos calefones
piel. Pero el control de la temperatura del agua no es todo. También debemos
FS permanecer
evitar factor de simultaneidad
debajo de la ducha más de 20 minutos. [3] 0.75
Ps potencia superior del calefón [KW] 22.4
Para los
H scálculos posteriores
poder tomaremos
calorífico superiorla GLP
temperatura
[KWh/Kg] máxima de13.95
confort [Tc] del
Qi caudal nominal
agua paradebañarse
un calefón [Kg/h]
la cual es de 45ᵒC. 1.20
Q caudal de dos calefones [Kg/h] 2.41
3.3 Características del aguaCálculo

en el sector Hospital Allí Causai.
por vaporización
T temperatura mínima media de Ambato [ᵒC] 7

P EN periodo
FE MA AB MA JU[h] JU AG SE
de funcionamiento OC 2 NO DI
V v E velocidad
B Rde vaporización
R Y N L
[Kg/h] O P T1.4 V C
temperaturN 15número
15 de 16botellas
18 necesarias
21 24 27 28 26 222 18 16
a ambiente
ᵒC
temperatur 8 9 11 13 por
Cálculo 14autonomía
15 16 15 14 13 11 8
a del agua
ᵒC K capacidad de la botella [Kg] 45
A autonomía [días] 37.4
Consumo diario de gas
n eficiencia de los calefones 0.75

Q̇ cantidad de calor diario [KWh] 54.01
mg consumo diario de gas [Kg/día] 5.16
$ costo del cilindro de gas [$] 22.00 25
K capacidad de la botella [Kg] 45.00
P costo de cada kilogramo de gas [$/Kg] 0.49
S costo diario por calentar agua [$] 2.52
30
25
20
15 temperatura ambiente C
temperatura del agua C
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
3.4 Calor mensual requerido para calentar el agua en el área de hospitalización.

Con la temperatura del agua [T0] medida en la red de alimentación en el hospital Allí
Causai con Tc = 45ºC, podemos leer el calor especifico y densidad de las tablas de [1].
Por tanto el calor [Q] necesario para calentar el agua puede ser estimado a partir de la
siguiente ecuación:
=N*d*m*Cp*∆T
Donde ∆T es el diferencial de temperatura del agua (temperatura máxima de confort

menos temperatura del agua en la red), m la masa de agua, N número de personas y d
número de días del mes.
La demanda de agua mensual así como el calor mensual requerido debe ser corregida
por el % de ocupación que para hospitales se recomienda del 80% de acuerdo a
ministerio de salud.
% de Consumo Temperatura ∆T ᵒC Necesidad

ocupación mensual del agua en energética
m3 la red ᵒC mensual MJ
ENE 80 38.7 8 37 5989
FEB 80 34.9 9 36 5263
MAR 80 38.7 11 34 5503
ABR 80 37.4 13 32 5012
MAY 80 38.7 14 31 5017
JUN 80 37.4 15 30 4699
[1] [DANFOST, válvulas termostáticas para baños] 26

[2][Piscinas XXI. www.acmsa.es. agosto 2004]
[3][Fuente: http://mujer.terra.es/muj/articulo/html/mu24919.htm]
JUL 80 38.7 16 29 4694
AGO 80 38.7 15 30 4856
SEP 80 37.4 14 31 4856
OCT 80 38.7 13 32 5179
NOV 80 37.4 11 34 5326
DIC 80 38.7 8 37 5989
Necesidad energ i a an al 62383
e e idad energ i a an al h 17329
3.5 Diseño de un sistema de calentamiento de agua calefones a gas:

El cálculo de una instalación de GLP envasado se puede desglosar en tres partes:
 Diseño y Cálculo del Emisor

 Diseño y cálculo de la Caseta
 Diseño y Cálculo de la conducción de gas.
3.6 Diseño y cálculo del emisor:

Cálculo del número de envases por vaporización en función de las necesidades de
energía. Cálculo simultáneo por Autonomía requerida.
 Las botellas de GLP industriales se encuentran en el exterior del área de

hospitalización.
 El número de envases (N) será tal que el caudal suministrable por el Emisor
sea suficiente para atender el caudal demandado por los calefones a conectar,
durante el tiempo previsto, a la presión de funcionamiento y a la temperatura
mínima media de la localidad.
 Se dispondrá de una autonomía suficiente mediante el número de botellas
necesario. Se entiende por autonomía, el tiempo que transcurre entre dos
suministros de gas consecutivos.
 En el caso de que el caudal proporcionado por una botella resultara
insuficiente, habrá de acoplarse varias botellas en “batería”, para que la
descarga múltiple alcance a cubrir las necesidades de la instalación. [4] CEPSA
[1] CENGEL, Termodinámica, sexta edición, tabla A-3 27

Cp caudal promedio de las duchas [lt/min] 3.33
Vi consumo agua por paciente [lt/día] 60
N numero de personas consumidoras 26

3.7 Datos de consumoa diario
V los calefones total de agua [lt/día]
alimentar: 1558.4
Los calefones se caracterizan por su potencia de 22.4 kW, además en Ecuador el GLP
comercializado es principalmente propano; con lo cual podemos encontrar el caudal
Cantidad de calor diario para calentar el agua
de GLP requerido a partir de:[1]
Q̇ cantidad de calor diario [MJ/día] 194.45
Qi = FS x Ps /Hs
Caudal de GLP consumido por los dos calefones
FS factor de simultaneidad 0.75

Hs poder calorífico superior GLP [KWh/Kg] 13.95
Qi caudal nominal de un calefón [Kg/h] 1.20
Q caudal de dos calefones [Kg/h] 2.41
3.8 Cálculo de la capacidad Cálculo

de almacenamiento:
por vaporización
El cálculo del número de botellas necesarias se realiza teniendo en cuenta dos
aspectos: vaporización
P y autonomía
periodo de funcionamiento [h] 2
Vv velocidad de vaporización [Kg/h] 1.4
Cálculo porNvaporización:
número de botellas necesarias 2
El caudal de gas que cada envase puede vaporizar en un cierto momento, depende de
las condiciones existentes (laCálculo
temperatura exterior mínima y de la duración de la
por autonomía
toma). [1] K capacidad de la botella [Kg] 45
Suponiendo que en un caso extremo la mayoría de los pacientes tomen su baño en el
periodo de 8:00 a 10:00 de la mañana, los calefones estarán en funcionamiento por un
periodo máximo de dos horas continuas.
Q̇
Con la temperatura mínimade
cantidad media
calorde Ambato
diario y el periodo de 17329.0
[KWh] funcionamiento se
mg la capacidad
puede estimar consumode anual de gas [Kg/anio]
gasificación 1656.30
de una botella industrial según el NOMO-
$ costo del cilindro de gas [$] 22.00
grama de laKfigura del anexo 3. de la botella [Kg]
capacidad 45.00
N = Q / Vv
S costo anual por calentar agua [$] 809.74
Cálculo de la energía solar disponible

[1] CEPSA pág. 50
irradiación disponible [MJ/m2] 28
H 19.56
E energía incidente corregida [MJ/m2] 18.39
t numero de horas útiles [h] 5.46
I intensidad media útil [KW/m2] 0.94
s
Hs poder calorífico superior GLP [KWh/Kg] 13.95
Qi caudal nominal de un calefón [Kg/h] 1.20
Q Cantidad de calor diario para
caudal de dos calefones [Kg/h]calentar el agua 2.41
Q̇ cantidad de calor diario [MJ/día] 194.45
Cálculo por vaporización

P Caudal
periododedeGLP consumido por[h]
funcionamiento los dos calefones 2
Vv velocidad de vaporización [Kg/h] 1.4
FS factor de simultaneidad 0.75
N número de botellas necesarias 2
Se recomienda H stenerpoder calorífico
un número superior
de botellas enGLP [KWh/Kg]
reserva 13.95de botellas en
igual al número
Qi Cálculo por autonomía
caudal nominal de un calefón [Kg/h] 1.20
uso; es este caso se deberá tener 4 botellas, 2 en uso + 2 en reserva.
KQ caudal de de
capacidad doslacalefones [Kg/h]
botella [Kg] 2.4145
Cálculo por A autonomía:

autonomía [días] 37.4
Se toma en consideración laCálculo

autonomíapor vaporización
requerida durante los días más fríos; la
Consumo diario deAmbato
gas
autonomía esTel cociente
temperatura
obtenidomínima media
al dividir de
el gas almacenado 7
[ᵒC] por el consumo diario
n P
de la instalación: periodo de
eficiencia defuncionamiento
los calefones [h] 2
0.75
velocidad
Q̇ V v cantidad dedecalor
vaporización [Kg/h]
diario [KWh] 1.4
17329.0
mgN número de
consumo botellas
anual de necesarias
A =gas
N x[Kg/anio]
K/Q 2
1656.30
Cálculo por autonomía
SK costo anualde
capacidad por la calentar agua [$]
botella [Kg] 809.74
45
Debido a que el caudal nominal de un calefón es menor a la capacidad de vaporización

se recomienda utilizar una botella de gas independiente para cada calefón.
n eficiencia
Cálculo dedelos
la calefones
energía solar disponible 0.75
̇Q cantidad de calor diario [KWh] 17329.0
H mg irradiación disponible [MJ/m2]
consumo anual de gas [Kg/anio] 19.56
1656.30
E$ energía incidente corregida
costo del cilindro de gas [$] [MJ/m2] 18.39
22.00
t numero
capacidadde de
horas útiles[Kg]
la botella [h] 5.46
K 45.00
I intensidad media
costo de cada útil [KW/m2]
kilogramo de gas [$/Kg] 0.94
P 0.49
Cálculo de la superficie de captación
n capt eficiencia del colector 0.786

E capt aporte energético del captador [MJ/m2] 14.45
C perd coeficiente de perdidas de calor [0.85-0.9] 0.90
E sist Cálculo
energía de la energía
del sistema solar disponible
[MJ/m2] 13.01
S capt
H superficie dedisponible
irradiación captación[MJ/m2]
[m2] 14.95
19.56
E energía incidente corregida [MJ/m2] 18.39
t numero de horas útiles [h]
Cálculo del sistema de acumulación
5.46
I intensidad media útil [KW/m2] 0.94
A suma de las áreas de los colectores [m2] 16.00 29
V volumen del deposito de acumulación [lt] 1840
Cálculo de la superficie de captación
4. COSTO ANUAL ESTIMADO POR CONSUMO DE GAS:
Debido a que los calefones no están es uso continuo durante el día, sino que se utilizan
en periodos de 18 minutos que demora un paciente en tomar un baño con un tiempo
de inutilización durante el tiempo en que el otro paciente ingresa a la ducha y a la falta
de equipos que permitan medir con exactitud el consumo de gas del calefón y
temperatura se salida del agua caliente del calefón.
La estimación del consumo de gas se la hará en forma teórica con la cantidad de calor
necesaria para calentar el volumen de agua calculado anteriormente.
mg = (n*Hs)
El costo del kilogramo de gas se lo obtiene del cociente:
P = $/K
El costo por calentar agua se obtiene del producto:
S = P * mg
Consumo anual de gas en el área de cocina y

hospitalización
Q̇ cantidad de calor anual [KWh] 24372.3
mg consumo anual de gas [Kg/año] 2329.49
[1] CEPSSA pág. 41

30
ANÁLISIS Y DISEÑO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PARA EL
PROBLEMA PLANTEADO
1. OBJETIVOS:
 General:
o Plantear una alternativa de solución para el calentamiento de agua
en el hospital fundación Alli Causai.
 Específicos:
o Estudiar las diferentes alternativas de solución.
o Identificar los componentes de cada alternativa.
o Dimensionar los componentes de cada sistema.
o Seleccionar los equipos de cada alternativa estudiada.
o Presupuestar el costo de instalación de cada sistema.
2. SISTEMA DE CALENTAMIENTO A BASE DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA:
2.1 Generalidades.
El fenómeno fotovoltaico fue descubierto en 1839 y las primeras celdas solares de

selenio fueron desarrolladas en 1880. Sin embargo, no fue sino hasta 1950 que se
desarrollaron las celdas de silicio monocristalino que actualmente dominan la
industria fotovoltaica. Las primeras celdas de este tipo tenían una eficiencia de
conversión de solo 1%; ya para 1954 se había logrado incrementar la eficiencia al 6%
en condiciones normales de operación, mientras en el laboratorio se lograron
eficiencias cercanas a 15%. Las primeras aplicaciones prácticas se hicieron en
satélites artificiales. En 1958 fueron utilizadas para energizar el transmisor de
respaldo del Vaguard 1, con una potencia de cinco miliwatts. Desde entonces las
celdas fotovoltaicas han proporcionado energía a prácticamente todos los satélites
artificiales, incluyendo el Skylab que cuenta con un sistema de generación de más de
20 caladas. Para finales de la década de los setentas las celdas fotovoltaicas
comenzaban a ser utilizadas en aplicaciones terrestres como energización de
31
pequeñas instalaciones (varios Watts de potencia) en sistemas de telecomunicación,
televisión rural, y otras.
Las celdas solares fotovoltaicas son dispositivos que convierten la luz solar
directamente en electricidad, sin necesidad de equipos mecánicos. Las celdas solares
están hechas de delgadas capas de material semiconductor, usualmente silicio, están
unidas a contactos de metal para completar el circuito eléctrico, y encapsuladas en
vidrio o plástico.
2.2. El sistema fotovoltaico:
Un sistema fotovoltaico es el conjunto de dispositivos cuya función es transformar la

energía solar directamente en energía eléctrica, acondicionando esta última a los
requerimientos de una aplicación determinada. Consta principalmente de los
siguientes elementos: 1) arreglos de módulos de celdas solares, 2) estructura y
cimientos del arreglo, 3) reguladores de voltaje y otros controles, típicamente un
controlador de carga de batería, un inversor de corriente cd/ca o un rectificador
ca/cd, 4) baterías de almacenamiento eléctrico y recinto para ellas, 5) instrumentos,
6) cables e interruptores, 7) red eléctrica circundante y 8) cercado de seguridad, sin
incluir las cargas eléctricas”.
2.3. Funcionamiento del sistema FV:
El proceso de funcionamiento en un sistema es el siguiente: la luz solar incide sobre la

superficie del arreglo fotovoltaico, donde es trasformada en energía eléctrica de
corriente directa por las celdas solares; esta energía es recogida y conducida hasta un
controlador de carga, el cual tiene la función de enviar toda o parte de esta energía
hasta el banco de baterías, en donde es almacenada, cuidando que no se excedan los
límites de sobrecarga y sobredescarga.
La energía almacenada es utilizada para abastecer las cargas durante la noche o en
días de baja insolación, o cuando el arreglo fotovoltaico es incapaz de satisfacer la
demanda por sí solo. Si las cargas a alimentar son de corriente directa, esto puede
hacerse directamente desde el arreglo fotovoltaico o desde la batería; si, en cambio,
32
las cargas son de corriente alterna, la energía proveniente del arreglo y de
las baterías, limitada por el controlador, es enviada a un inversor de corriente, el cual
la convierte a corriente alterna.
El sistema consta de los siguientes elementos:
- Un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos, que
captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman en corriente
continua a baja tensión (12 ó 24 V).
- Un acumulador, que almacena la energía producida por el generador y permite
disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.
- Un regulador de carga, cuya misión es evitar sobrecargas o descargas excesivas al
acumulador, que le produciría daños irreversibles; y asegurar que el sistema trabaje
siempre en el punto de máxima eficiencia.
- Un inversor, que transforma la corriente continua de 12 ó 24 V almacenada en el
acumulador, en corriente alterna de 110 o 220 V.
Instalación solar fotovoltaica sin inversor, a 12Vcc. Instalación solar fotovoltaica con inversor, a 110 o 220Vca
33
2.4. Vida útil de un panel solar fotovoltaico
Teniendo en cuenta que el panel carece de partes móviles y que las células y los
contactos van encapsulados en una robusta resina sintética, se consigue una muy
buena fiabilidad junto con una larga vida útil, del orden de 30 años o más. Además si
una de las células falla, esto no afecta al funcionamiento de las demás, y la intensidad y
voltaje producidos pueden ser fácilmente ajustados añadiendo o suprimiendo células.
Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite
aguantar condiciones meteorológicas muy duras tales como el hielo, la abrasión,
cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el granizo.
Mantenimiento del sistema fotovoltaico
Las instalaciones fotovoltaicas requieren un mantenimiento mínimo y sencillo, que se
reduce a las siguientes operaciones:
- Paneles: requieren un mantenimiento nulo o muy escaso, debido a su propia
configuración: no tienen partes móviles y las células y sus conexiones internas están
encapsuladas en varias capas de material protector. Es conveniente hacer una
inspección general 1 ó 2 veces al año: asegurarse de que las conexiones entre paneles
y al regulador están bien ajustadas y libres de corrosión. En la mayoría de los casos, la
acción de la lluvia elimina la necesidad de limpieza de los paneles; en caso de ser
necesario, simplemente utilizar agua y algún detergente no abrasivo.
- Regulador: la simplicidad del equipo de regulación reduce sustancialmente el
mantenimiento y hace que las averías sean muy escasas. Las operaciones que se
pueden realizar son las siguientes: observación visual del estado y funcionamiento del
regulador; comprobación del conexionado y cableado del equipo; observación de los
valores instantáneos del voltímetro y amperímetro: dan un índice del
comportamiento de la instalación.
- Acumulador: es el elemento de la instalación que requiere una mayor atención; de

su uso correcto y buen mantenimiento dependerá en gran medida su duración. Las
operaciones usuales que deben realizarse son las siguientes:
a) Comprobación del nivel del electrolito (cada 6 meses aproximadamente): debe
mantenerse dentro del margen comprendido entre las marcas de "Máximo" y
34
"Mínimo". Si no existen estas marcas, el nivel correcto del electrolito es de 20 mm por
encima del protector de separadores. Si se observa un nivel inferior en alguno de los
elementos, se deben rellenar con agua destilada o desmineralizada. No debe
rellenarse nunca con ácido sulfúrico. Al realizar estala operación debe comprobarse
también el estado de los terminales de la batería; debe limpiarse de posibles depósitos
de sulfato y cubrir con vaselina neutra todas las conexiones.
b) Medida de la densidad del electrolito (si se dispone de un densímetro): con el
acumulador totalmente cargado, debe ser de 1,240 +/- 0,01 a 20 grados Celsius. Las
densidades deben ser similares en todos los vasos. Diferencias importantes en un
elemento es señal de posible avería.
2.5. Impacto ambiental de la energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica, al igual que otras energías renovables, constituye, frente
a los combustibles fósiles, una fuente inagotable, contribuye al autoabastecimiento
energético nacional y es menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los
efectos de su uso directo (contaminación atmosférica, residuos, etc.) y los derivados
de su generación (excavaciones, minas, canteras,etc.).
Los efectos de la energía solar fotovoltaica sobre los principales factores ambientales
son:
 Clima: la generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar
no requiere ningún tipo de combustión, por lo que no se produce polución
térmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero.
 Geología: Las células fotovoltaicas se fabrican con silicio, elemento obtenido
de la arena, muy abundante en la Naturaleza y del que no se requieren
cantidades significativas. Por lo tanto, en la fabricación de los paneles
fotovoltaicos no se producen alteraciones en las características litológicas,
topográficas o estructurales del terreno.
 Suelo: Al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de
tierra, la incidencia sobre las características físico-químicas del suelo o su
erosionabilidad es nula.
35
 Aguas superficiales y subterráneas: No se produce alteración de los
acuíferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminación por
residuos o vertidos.
 Flora y fauna: La repercusión sobre la vegetación es nula, y, al eliminarse los
tendidos eléctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.
 Paisaje: Los paneles solares tienen distintas posibilidades de integración, lo
que hace que sean un elemento fácil de integrar y armonizar en diferentes
tipos de estructuras, minimizando su impacto visual. Además, al tratarse de
sistemas autónomos, no se altera el paisaje con postes y líneas eléctricas.
 Ruidos: El sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo que representa
una clara ventaja frente a los generadores de motor en viviendas aisladas.
 Medio social: El suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico de
dimensión media, no representa una cantidad significativa como para producir
un grave impacto. Además, en gran parte de los casos, se pueden integrar en los
tejados de las viviendas.
Por otra parte, la energía solar fotovoltaica representa la mejor solución para
aquellos lugares a los que se quiere dotar de energía eléctrica preservando las
condiciones del entorno; como es el caso por ejemplo de los Espacios Naturales
Protegidos.
2.6. Radiación solar.
La energía solar está constituida simplemente por la porción de luz que emite el Sol y
que es interceptada por la Tierra. La intensidad de la radiación solar en el borde
exterior de la atmósfera, se llama constante solar, y su valor medio es 1353 W/m2, la
cual varía en un 0,2% en un período de 30 años. La intensidad de energía real
disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar, siendo alrededor
de 1000 W/m2, debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la
interacción de los fotones con la atmósfera.
2.7. Variación de la insolación:
36
Si la superficie colectora mantiene un ángulo de inclinación fijo, el valor de la
insolación en una dada locación depende de las condiciones atmosféricas y la posición
del sol respecto del horizonte. La presencia de nubes incrementa la absorción,
reflexión y dispersión de la radiación solar. Las zonas desérticas, dada la carencia de
nubes, tienen los mayores valores de insolación en el planeta. La posición del sol
respecto a la horizontal cambia durante el día y con las estaciones. El valor de la
insolación al amanecer y al atardecer, así como en el invierno, es menor que el del
mediodía o el verano.
2.8. Irradiación del sol:
Irradiación es el valor de la potencia luminosa. Los fabricantes de paneles

fotovoltaicos (FVs) determinan la máxima potencia eléctrica de salida usando una
fuente con una potencia luminosa de 1 KW/m2. Este valor, conocido con el nombre de
SOL, se ha convertido en un estándar para la industria, facilitando la comparación de
paneles de distintos orígenes.
Se tiene que:
2.9. Día solar promedio:
El valor de la irradiación varía con la masa de aire, la que cambia constantemente

desde el amanecer al anochecer. Para simplificar el cálculo de la energía eléctrica
generada diariamente por un panel FV, se acostumbra a definir el día solar promedio.
Este valor es el número de horas, del total de horas entre el amanecer y el anochecer,
durante el cual el sol irradia con una potencia luminosa de 1 SOL. Supongamos, como
ejemplo, que el promedio de insolación diaria en una locación es de 5 KWh/m2. Si este
valor es dividido por un SOL, se obtiene el valor (en horas) del día solar promedio
para esa locación y esa inclinación.
A continuación la fig. 1. Indica el número de horas sol promedio en América del Sur.
37
Fig. 1.- duración del día solar
Inclinación: LATITUD -15
Norte del Ecuador: primavera
Sur del Ecuador: otoño
[Fuente: http://www.enalmex.com/docpdf/libro/ch01.pdf.pdf]
38
2.10. Planteamiento de solución
Con el fin de dotar a la fundación Hospital Allí Causai con servicio de calentamiento de
agua en sus duchas eléctricas se hace necesario cubrir la demanda mediante sistemas
de generación fotovoltaica.
Para la implementación de este sistema se hará necesario determinar las demandas de
los usuarios, modelo de sostenibilidad, plan de manejo ambiental, etc.
2.11 Diseño del sistema fotovoltaico
Para la implementación de SFV se hace necesario realizar un diseño de los sistemas y

selección de los equipos a ser utilizados. El sistema base constara de módulos
fotovoltaicos, regulador de carga, baterías, inversor.
2.11.1. Consideraciones Preliminares
Geográficamente Ecuador está situado en la zona ecuatorial, el clima es variado

debido al relieve. La Sierra tiene un clima lluvioso de noviembre a abril y seco de
mayo a octubre; la temperatura varía según la altitud y las horas del día (de 21 ºC al
mediodía a 7 ºC al anochecer).
2.11.2. Radiación Solar Disponible
En la ciudad de Ambato provincia de Tungurahua se tiene una radiación solar que

varía de 5.4 a 6 KWh/m2 se tomara los valores de peor radiación solar con el fin de
determinar las horas solar pico.
39
2.11.3. Perfil de consumo.
En la siguiente tabla se da a conocer la energía consumida por las duchas eléctricas

que dotaran de agua caliente a la fundación Hospital Allí Causai.
Calculo de la energía consumida por las duchas eléctricas.
Cantidad Equipo Potencia Potencia[W] Horas/día Energía
[W] subtotal de uso [Wh/día]
A B C D=(A*C) E F=(D*E)
8 Duchas 3500 28000 18*4/60 33600
eléctricas
2.11.4. Calculo de paneles
Para determinar el número de módulos fotovoltaicos hacemos uso de la siguiente

fórmula:
Dónde:
Consumo diario promedio: 33600 Wh/día
Un panel con una potencia pico de 100 W
2.11.5 Capacidad de batería
La batería actúa como un almacenador de energía y su capacidad está determinada

por el consumo diario y el nivel de autonomía que se desee tener.
( )
40
Donde V (V) es la tensión nominal del acumulador, 12 v.
La profundidad de descarga de una batería depende de qué tipo se emplee:
0,6-0,9 Baterías de alto volumen de electrolito.
0,4-0,5 Baterías tipo monobloque.
0,2-0,3 Baterías de arranque (automóviles).
Días de autonomía. Serán los días que la instalación deba operar bajo una irradiación
mínima (días nublados continuos), en los cuales se va a consumir más energía de la
que el sistema fotovoltaico va ser capaz de generar.
( )
Esta capacidad se divide para la capacidad de una batería para obtener el número de
baterías.
2.11.6. Regulador de Carga
El regulador de carga se determina por la intensidad máxima que puede regular y

controlar así como por el nivel de tensión a la cual trabaja.
Se selecciona de catálogo Regulador morningstar Triestar 60A 12V

41
Para el número de reguladores dividimos la intensidad máxima para la intensidad del
regulador encontrado en catálogo.
2.11.7. Cálculo de inversor
La potencia del inversor es la suma de las potencias nominales de los equipos

consumidores afectada por el coeficiente de simultaneidad entre 0,75 y 0,5.
W
Donde Pacu-Potencia acumulada de los artefactos
P inversor = 16000W
Seleccionamos un Inversor Exmork 1 KVA.
2.11.8. Selección de conductores
La caída de tensión máxima debe ser de 3% en el trayecto panel – acumulador -

convertidor y de 5 % para las líneas de consumo. Con el fin garantizar los niveles de
tensión adecuados se debe emplear cables destinados a este tipo de instalaciones.
Los conductores empleados deben tener un nivel de protección y aislamiento
adecuados para funcionar a la intemperie y son proclives a ataques de animales, todo
esto bajo la premisa de una vida útil de 25-30 años
2.11.9. Montaje de equipos y accesorios
El panel solar debe estar totalmente libre de sombras a lo largo de todo el año. No
debe existir vegetación próxima que pueda producir sombras sobre el módulo
fotovoltaico.
El módulo fotovoltaico irá montado en una estructura de aluminio, inclinado 10º
respecto del hacia el norte, con dirección a la línea equinoccial.
42
El sistema fotovoltaico tendrá una conexión a tierra que una el panel fotovoltaico, los
equipos electrónicos con una varilla de que se instalará en la superficie del piso del
hospital.
2.11.10. Costos de equipos y accesorios
Equipo Cantidad Modelo Costo Costo

unitario[$] total
Panel solar 56 100W 400 22400
fotovoltaico
Baterías 2 IsofotonOPzS 3765Ah 1366.22 2732.44
Regulador 6 Triestar Ts-60 360 2160
Inversor 1 Exmork 1KVA 450 450
Duchas 5 Thermoplastic CD- 15 75
eléctricas 2020
Accesorios de 250 250
instalación.
Estructura de 105 6300
aluminio.
TOTAL 34367.44
2.12. Conclusiones.
2.12.1. La localización del hospital influye tremendamente en el costo de la solución,

marca la diferencia entre hacerla competitiva o no respecto a la conexión a la red
eléctrica, por lo tanto vemos que en nuestro país es más utilizada esta tecnología en
proyectos en la zona rural.
2.12.2. Para el caso de determinar la energía eléctrica que se necesita, nos valimos del
consumo por cada una de las duchas eléctricas que requiere el hospital para hacer
nuestros cálculos, el cual encontramos que es de 33.6 Kwh/ día.
2.12.3. Al realizar este trabajo nos pudimos percatar de la gran dificultad de obtener
datos de radiación solar, este fue el primer inconveniente. Para que se pueda fomentar
43
y facilitar la utilización de la energía solar, se debe contar con esta información, es así,
que se debe procurar contar con una gran cantidad de esta información.
2.12.4. Una herramienta que existe en contraposición al hecho de que no hay
actualmente una facilidad de acceso a la información del potencial solar en distintas
localidades, es el hecho de que instituciones extranjeras cuentan con aproximaciones
y estimaciones que pueden ayudar a obtener valores de energía cercanos a los reales,
lo que facilita y motiva el uso de estas tecnologías.
2.12.5. El costo del sistema solar depende mucho de la cantidad de energía que se
deba entregar, ya que al aumentar la carga eléctrica, se deben incluir artefactos que
elevan en gran medida el costo del sistema, como son las baterías, mayor número de
paneles y en el caso de utilizar corriente alterna, los inversores, etc.
2.12.6. Finalmente, la energía solar están teniendo cada día ventajas más grandes en
cuanto a su utilización, nacidas del avance en la tecnología, su continuo
abaratamiento, y la necesidad de cuidar el ambiente. Razón por la cual se puede
pensar en estas energías como herramientas para la solución energética.
2.13. Referencias bibliográficas.
 www.Oksolar.com
 Monografias.com
 Soluciones energéticas SA.
 AENOR empresa registrada. Distribución de material de energía fotovoltaica.
 http://www.enalmex.com/docpdf/libro/ch01.pdf.pdfMorona Santiago
 L. A. Panjón. Unidad de Energías Renovables (UER), CENTROSUR
 CodeSolar compañía Ltda. Isofoton ecuador Sudamérica.
 Catálogo Provientos.
44
3. SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA POR COLECTORES SOLARES
PLANOS
El aprovechamiento de la radiación solar para la finalidad indicada da lugar a dos

procedimientos, clasificados como pasivo y activo.
Para nuestro caso haremos referencia al procedimiento activo que corresponde a la

instalación de elementos materiales para la captación y acumulación de radiación
solar para aplicaciones como la obtención de agua caliente sanitaria (ACS).
3.1. La Energía solar térmica de baja temperatura:

Corresponde a las instalaciones cuyo fluido no alcanza una temperatura superior a
90 C. estas instalaciones estan compuestas por un colector solar como elemento activo
de elevación de temperatura del líquido que transita por él, y por un medio de
almacenamiento del líquido calentado. Suele incorporarse sistemas de apoyo para
momentos en los que la energía térmica requerida sea mayor a la suministrada por el
colector.
3.2. Calentadores solares o térmicos.

Existen dos tipos de colectores de energía solar: el colector plano (flat-plate) y el
colector de tubos al vacío. [1]
 El colector plano (flate-plate).- es una caja aislada impermeable que contiene

una lámina de absorción oscura debajo de una o varias cubiertas traslúcidas. El
agua es calentada conforme va pasando a través de la tubería localizada debajo
o sobre de la lámina de absorción.
 Los colectores de tubos de vidrio al vacío: están hechos en líneas paralelas. Cada
uno consiste de un tubo exterior y uno interior o tubo de absorción; este está
cubierto con una capa especial que absorbe la energía solar e inhibe la pérdida
de calor radiante.
3.3. Partes de un calentador solar de agua:

Consta de dos partes fundamentales:
45
 El colector.- Encargado de captar la energía del sol y transformarlo en calor. El
colector es una caja generalmente metálica que a su vez consta de:
o Absorbedor.- Elemento encargado de transformar la radiación solar en
calor. Se trata de una superficie de color negro de diferentes
características según el tipo de colector.
o Cubierta: Elemento transparente encargado de provocar el efecto
invernadero dentro de la caja para aumentar la temperatura.
 Estructura metálica.- Dota a los colectores de una inclinación para lograr que la
captación sea óptima.
 Acumulador o tanque.- Depósito donde se almacena el agua caliente para su
consumo. Para evitar pérdidas de calor durante la noche el tanque acumulador
se halla termo-sellado con materiales aislantes apropiados.
El acumulador y el colector, y están unidos entre sí por tuberías, para que exista una
circulación de agua por todo el sistema. [1]
3.4. Dimensionamiento de una instalación de colectores solares planos:
3.4.1. Cálculo de la energía solar disponible:

Con ayuda del programa de dimensionamiento CENSOL 4.0 se ha observado que la
máxima capacidad de absorción del panel es cuando este está en posición plana,
teniendo 1661 kWh de energía total anual.
El cálculo de la superficie colectora total se realiza de manera que la aportación solar

en el período en que la instalación está activa sea igual a la del consumo. Para obtener
el número de colectores debe coincidir el consumo anual con la aportación solar.
Para empezar el cálculo se debe establecer la energía aprovechable partir de la

irradiación (H) en [MJ/m2).
Este valor debe ser corregido por 0.94 que es un coeficiente que corrige el efecto de
variación del ángulo de incidencia de la luz solar a lo largo del día, y también tiene en
cuenta el envejecimiento de la cubierta y la suciedad que la cubre.
De esta manera se tiene que: E=0.94*H
[1] http://uverismo.tripod.com/calentador_solar.html] 46
Donde H energía sobre la superficie horizontal.
E energía neta sobre la superficie horizontal corregida
También podemos estimar la intensidad meta incidente:
I=E/ (3.6*t)
Donde I intensidad neta incidente en [W/m2]
3.6 es el factor de transformación de MJ a kW
tes el número de horas sol útiles al día.
En la tabla se muestra la energía promedio diaria para cada mes:
Energía sobre la Energía neta Número Intensidad neta

superficie horizontal incidente E de horas incidente I
H [MJ/m2] [MJ/m2] sol útiles t [W/m2]
ENE 8.9 8.03 8.75 255
FEB 12.2 11.01 9.25 331
MAR 16.4 14.80 9.50 433
ABR 19.6 17.69 9.25 531
MAY 23.1 20.85 8.75 662
JUN 24.6 22.20 8.50 725
JUL 25.3 22.83 8.75 725
AGO 22.5 20.30 9.75 578
SEP 18.5 16.69 9.50 488
OCT 13.9 12.54 9.25 377
NOV 10.0 9.02 8.75 286
DIC 8.0 7.22 8.50 236
[1] [Estudio, desarrollo y construcción de un calentador solar para uso residencial J. Gonzalo
Carrillo Baeza]
47
Energía sobre la superficie
horizontal H [MJ/m2]
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
0 2 4 6 8 10 12 14
3.4.2. Cálculo de la superficie de captación y número de colectores:

Si multiplicamos E por la eficiencia del captador (ncapt) se puede obtener el aporte
energético por cada metro cuadrado de captador (Ecapt).
Ecapt= E*ncapt
El rendimiento del captador es igual a:
ncapt=78 – 480 (T – Ta)/I
Donde T es la temperatura de uso y Ta es la temperatura ambiente.
Se debe considerar que solo una parte de la energía absorbida por el captador resulta
aprovechada en forma de agua caliente sanitaria (ACS). El resto se pierde a través del
acumulador, de tuberías, etc. Se ha comprobado empíricamente que estas pérdidas
tienen un valor comprendido entre el 10 al 15% de la energía total obtenida en el
captador. Aplicando este factor (Cperd) se tiene que la energía diaria aprovechada por
el sistema es:
Esist= Ecapt* Cperd
El coeficiente de pérdidas se toma en un valor comprendido entre 0.85 y 0.90.
Por último se puede decir que la superficie de captación (Scapt ) que cubrirá la
demanda es:
Scapt = Esist
48
Eficiencia del Energía por Energía diaria Energía
captador m2 de disponible en el mensual
ncapt captador sistema [MJ/m2] disponible en el
sistema [MJ/m2]
ENE 21.5 1.73 1.47 45
FEB 34.5 3.80 3.23 90
MAR 45.9 6.79 5.77 179
ABR 53.6 9.48 8.06 242
MAY 60.6 12.64 10.74 333
JUN 64.1 14.23 12.10 363
JUL 66.1 15.09 12.83 398
AGO 64.6 13.11 11.15 346
SEP 59.3 9.90 8.41 252
OCT 48.7 6.11 5.19 161
NOV 32.8 2.96 2.51 75
DIC 19.0 1.37 1.17 36
Energía anual disponible MJ/m2 2520
e e idad energ i a an al 62383
Superficie de captación m2 24.76
Para el proyecto se ha decidido trabajar con colectores marca DSPSolar modelo DSP S2
cuyas principales características son:
Área captadora 2 m2
templado de baja
Vidrio
emisividad
Rendimiento
74.80 %
máximo
Garantía 10 años
Con los datos anteriores podemos calcular el número de colectores (N):

N= Scapt/Scaptador
N=24.76/2=12.38
49
La instalación estará formada por 12 captadores de la marca DSPSolar modelo DSP S2.0
con un área total de captación de 24 m2
3.4.3. Aportación de energía solar:

La energía neta total mensual se la obtiene multiplicando el área total de los
colectores por la energía mensual disponible en el sistema.
Eneta = Esist* 24m2
El porcentaje de sustitución del requerimiento energético por energía solar se la
obtiene del cociente entre la necesidad energética mensual y la energía neta total
mensual multiplicado por 100.
%sustitucion= * mensual Eneta
El déficit energético es igual a:
Déficit = mensual -Eneta
Necesidad Energía neta % de Déficit % de

energética total mensual sustitución o de energía
mensual [MJ] en el sistema ahorro energía auxiliar
[MJ] energético [MJ]
ENE 5989 1080 18.03 4909.00 81.97
FEB 5263 2160 41.04 3103.00 58.96
MAR 5503 4296 78.07 1207.00 21.93
ABR 5012 5808 100.00 0.00 0.00
MAY 5017 7992 100.00 0.00 0.00
JUN 4699 8712 100.00 0.00 0.00
JUL 4694 9552 100.00 0.00 0.00
AGO 4856 8304 100.00 0.00 0.00
SEP 4856 6048 100.00 0.00 0.00
OCT 5179 3864 74.61 1315.00 25.39
NOV 5326 1800 33.80 3526.00 66.20
DIC 5989 864 14.43 5125.00 85.57
50
11000
10000
9000
8000
7000
6000 Necesidad energética
mensual [MJ]
5000 Energía neta total
4000 mensual [MJ]
3000
2000
1000
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
La gráfica muestra que el sistema se calentamiento solar de agua requerirá de energía

solar durante el primer y último trimestre del año.
3.4.4. Selección del tanque de acumulación:

A partir de la superficie captadora que va a tener la instalación, puede elegirse el
volumen óptimo de acumulación. Para una aplicación de ACS, el área total de los
captadores (A) tendrá un valor tal que se cumpla la condición:
50 < V/A < 180
Para nuestro proyecto nos imponemos que:
V = 75*A [lt]
V = 75*24 = 1800 lt
El volumen del acumulador calculado de 1800 lt es mayor a la demanda diaria de

1560 lt por lo que se acepta el valor.
Para nuestro fin y por ahorro económico seleccionamos dos acumuladores de 1000 lt
de la marca DSPSolar, teniendo un total de acumulación de 2000 lt. Los mismos que
funcionaran bajo el principio de termosifón
51
3.4.5. Selección de la configuración básica del proyecto:
 El sistema de calentamiento de agua será de circulación forzada para asegurar
que el fluido colector circule por todos los paneles conectados en paralelo, para
lo cual se utilizara un electrociculador.
 Es aconsejado que para calentamiento de agua de uso sanitario se use un
sistema de intercambiador de calor indirecto. Sin embargo, debido a que en la
ciudad de Ambato no tenemos temperaturas bajo cero se usará agua como
fluido caloportador sin correr el riesgo de que este se congele dentro de los
paneles colectores.
 El sistema de calentamiento posee tres acumuladores, cuyas salidas de agua
caliente estarán unidas a un punto común que será la entrada de agua de
alimentación de los calefones conectados en serie. Por cuanto si el aporte solar
es suficiente el agua caliente de los acumuladores solares pasara directamente
al consumo sin que los calefones se enciendan. En caso de aporte solar
insuficiente, el agua precalentada del acumulador solar pasará por los
calefones que se encenderán para aportar la energía necesaria para lograr la
temperatura necesaria.
 Los colectores se instalaran en una posición totalmente horizontal. Con una
orientación norte-sur.
52
3.4.6. Diseño del circuito hidráulico:
Tuberías:
El material de las tuberías en el circuito es de cobre. Para calcular el diámetro de las
tuberías emplearemos la siguiente ecuación:
D = j * C0.35
Dónde: D=diámetro en centímetros, C=caudal en m3/h, J=2.2 para tuberías metálicas.
El caudal al que trabaja la instalación es igual al caudal recomendado para cada

colector por el número de colectores.
80 [lt/h] * 12 colectores = 960 lt/h = 0.96 m3/h
Por tanto:
D=2.2 * 0.960.35 = 2.17 cm = 21.7 mm
Por lo tanto seleccionamos una tubería con tamaño nominal de 1 pulgada con
diámetro interior de 25.27 mm.
A continuación se ha de comprobar que con el diámetro escogido cumplen las

siguientes condiciones:
La pérdida de carga por metro lineal de tubo no supere los 40 mmcda
La velocidad de circulación del líquido ha de ser inferior a 1,5 m/s
Para calcular la pérdida de carga por metro lineal utilizamos la ecuación de Darcy: [1]
hL= f * L* v2 / (D * 2g)
Dónde: hLperdida de carga por fricción; f factor de fricción
L longitud de tubería; v2velocidad del fluido
D diámetro interno de la tubería; g gravedad
El factor f está dado por:
[1] MATAIX Claudio. Mecánica de fluidos ecu 11.7. Segunda edición]

53
f=64*u (v*D*ρ)
Dónde: u es la viscosidad dinámica del agua a 45ᵒC.
ρla densidad del agua a 45ᵒC.
pérdida de carga
caudal [m3/h] 0.96
caudal [m3/seg] 0.000266667
diámetro [mm] 25.27
diámetro [m] 0.02527
longitud [m] 20
velocidad [m/seg] 0.53
u [N/seg*m2] 0.000594
ρ [kg/m3] 990
f 0.002857976
h [mmcda] 32.59
Por tanto se cumplen las condiciones:
Velocidad = 0.53 m/seg < 1.5 m/seg
Perdida de carga = 32.59 mmcda< 40mmcda
También se debe evaluar que las pérdidas en accesorios cumplan con la siguiente
condición: La pérdida de carga total del circuito no ha de superar los 7 mcda.
Las pérdidas en accesorios se pueden evaluar con la ecuación anterior:
hL= f * L* v2 / (D * 2g)
Dónde: L = Le = es la suma de las longitudes equivalentes+ longitud de la tubería.
54
Longitud equivalente en metros
Accesorio Longitud equivalente Cantidad Total
Derivación en T 1.9 8 15.2
Codos 90 0.8 12 9.6
Válvula antiretorno 0.8 7 5.6
Entrada del acumulador 1.5 3 4.5
Salida del acumulador 1 3 3
Llave de globo 9 3 27
Longitud de la tubería 20 1 20
84.9
Pérdidas totales en el circuito

Caudal [m3/seg] 0.000266667
Diámetro [m] 0.02527
Longitud equivalente [m] 84.9
Velocidad [m/seg] 0.53
u [N/seg*m ]
2 0.000594
ρ [kg/m ]
3 990
F 0.002857976
h [mmcda] 138.35
Las pérdidas totales en el circuito son de 138 mmcda< 7mcda por lo que se acepta el
diámetro de la tubería.
Es necesario disponer de un sistema de purga para la batería de colectores. El

volumen útil del botellín de desaireación será de 15 cm3 por cada m2 de colector.
15 * 24 = 360 cm3
55
3.4.7. Aislamiento del circuito hidráulico:
El aislamiento térmico de tuberías y otros elementos del circuito primario se
realizaran con espuma elastométrica.
 Temperatura límite = 105ᵒC

 No vulnerable a la corrosión.
 Comportamiento ante el fuego: autoextinguible.
 Muy resistente al agua
 Peso específico = 60 kg/m3
 Coeficiente de conductividad = 0.035 W/mᵒK a los 20ᵒC
Para determinar el espesor del aislante primero es necesario determinar el coeficiente
de transferencia de calor por convección natural el mismo que se lo evalúa por: [1]
Tf = (Ts– Ta)/2
ρ = P/(R*Tf)
Re =ρ*Va*d3/u
h*d3/kf = 0.0266*(Re)0.805(Pr)1/3
El espesor del aislante se lo puede evaluar por prueba y error imponiendo el espesor
hasta tener una temperatura de superficie cercana a la deseada de 7ᵒC; igualando la
ecuación de transferencia de calor entre la pared interna de la tubería y el ambiente
con ecuación entre la pared exterior del aislante y el ambiente, de sonde se tiene que:
( )
[1] HOLMAN J. Transferencia de calor. Págs. 206 – 210. Octava edición 56

Espesor del aislante
Ta Temperatura del ambiente [ᵒC] 7
Ts Temperatura de superficie [ᵒC] 8
Tf Temperatura de película [ᵒK] 280.5
P Presión atmosférica [Pa] 75630
ρ Densidad del aire [kg/m3] 0.939
d3 Diámetro exterior aislante 0.08858
u Viscosidad dinámica [kg/m*seg] 0.00001713
V Velocidad del viento [m/seg] 20
Re Número de Reynolds 97160.03145
Ka Conductividad del aire [W/mᵒC] 0.0241
Pr Número de Prant 0.71
h Coeficiente de convección 66.82
Kais Conductividad del aislante [W/mᵒC] 0.035
Ti temperatura del agua [ᵒC] 45
Kcu Conductividad de la tubería [W/mᵒC] 401
r1 Radio interno de la tubería [m] 0.012635
r2 Radio externo de la tubería [m] 0.01429
e Espesor del aislante [m] 0.03
r3 Radio exterior del aislante [m] 0.04429
Ts Tempera ra de perfi ie al lada ᵒC 7.39
El espesor del aislante a utilizar será de 3 centímetros.
57
3.4.8 Calentamiento de agua para la cocina:
Para la configuración del equipo para calentamiento de agua en la cocina se realizó un

cálculo similar al descrito anteriormente. Para el cálculo se consideró que en
promedio se requiere 10 litros diarios por persona a 50 ᵒC para actividades en la
cocina.Los datos finales se resumen a continuación:
Características básicas de la
instalación en la cocina.
número de pacientes 24
hospitalizados
médicos y empleados 31
lt/día*persona 10
demanda anual MJ 25356
energía [MJ]/año*m2 2396
aportación solar 66.00%
déficit energético [MJ] 8631
superficie colectora m2 10
número de colectores 5
volumen de acumulación lt 750
58
3.5 Costo estimado de instalación de colectores planos:
Costo estima do instalación para el área de hospitalización

Cantidad Equipo Modelo Costo Costo
unitario total
2 Acumuladores DSPSolar [1000 litros] 2515.00 5030.00
12 Colectores DSP S2.0 847.70 10172.40
planos
12 Kit de anclaje DSPSolar tornillos 79.47 953.64
perforantes
12 Kit de montaje DSPSolar montaje de 151.00 1812.00
baterías
10 tubería cobre 1 pulgada 15.00 150.00
1 Aislante 300.00 300.00
2 Soportes colectores 80.00 160.00
total 18578.04
Costo estima do instalación para el área de cocina

unitario total
5 Colectores DSP S2.0 847.70 4238.50
planos
perforantes
baterías
10 Tubería cobre 1 pulgada 15.00 150.00
1 Aislante 300.00 30.00
total 10160.85
59
4. ANEXOS
60
61
4.1. Distribución promedio anual de la irradiación solar.
62
4.2. Mapa de número de horas sol.
63
4.3. Especificaciones de catálogos para instalaciones fotovoltaicas:
Soportes
Acumuladores:
64
Paneles solares.
65
Controladores de carga.
66
Inversores
67
4.4. Esquema de instalación en el área de hospitalización:
68
4.5. Esquema de instalación en el área de cocina:
69
4.6. Nomograma de longitudes equivalentes en accesorios.
70
4.7. Especificaciones de catálogos para instalaciones con de ACS con
colectores solares planos:
71
72

“CEVIC”
RESUMEN EJECUTIVO
NOMBRE DEL PROYECTO: “ESTUDIO DE SISTEMAS DE

CALENTAMIENTO DE AGUA, PARA ASEGURAR EL CONSUMO DE AGUA
CALIENTE, EN EL HOSPITAL FUNDACIÓN ALLI CAUSAI”
DOCENTE COORDINADOR - PROPONENTE:

ESTUDIANTES PARTICIPANTES:
Darwin López
Álvaro Morejón
74
INTRODUCCIÓN
Las instalaciones del Hospital Alli Causa, se encuentran ubicadas en Huachi La Joya,
entre las calles Gonzalo Castro y Lauro Guerrero. Esta iniciativa es impulsada por los
directivos del hospital Allí Causai que junto con docentes, autoridades y estudiantes
de la Universidad Técnica de Ambato comprometidos con un desarrollo sustentable y
consientes de un posible incremento de costos de combustibles tradicionales han
iniciado a través de este estudio la búsqueda de alternativas de energía renovable
para proveer de agua caliente en forma permanente y económica a los usuarios de
este hospital.
Actualmente, el hospital cuenta con un sistema de calentamiento compuesto por tres
calefones a gas, una cisterna y dos tanques elevados de reserva los cuales tratan de
satisfacer la demanda de agua caliente. El calentamiento de agua se realiza en dos
sectores claramente identificados: uno está destinado para la preparación de
alimentos y los otros para el aseo de los pacientes.
El presente estudio está dedicado al análisis de la situación actual del sistema de
calentamiento de agua para el aseo de pacientes de la fundación Allí Causai. Los
resultados obtenidos en este estudio serán la base para la selección del sistema más
económico que asegure el calentamiento de agua. Entre las alternativas de solución
encontramos el calentamiento de agua por medio de paneles solares y la utilización de
energía eléctrica producida en paneles fotovoltaicos.
75
ANTECEDENTES
La Fundación Alli Causai (FAC), es una organización no gubernamental sin fines de
lucro, orientada al desarrollo integral de la población de la sierra central del Ecuador.
Inicia sus actividades en 1983 en comunidades rurales andinas, mayoritariamente
indígenas, en donde implementa procesos de atención y prevención en salud. Tiene
personería jurídica desde 1994 inscrita en el Ministerio de Salud Pública. Alli Causai
nombre kichua que significa vida completa, integra.
En la actualidad, la FAC apoya el desarrollo sostenible de la población urbana y rural
de la zona central andina del Ecuador, con menos acceso a los servicios básicos y de
salud. Su actividad no se limita a lo asistencial, sino que alienta procesos que integren
lo productivo, ambiental, educativo y preventivo, desde una perspectiva
culturalmente sensible.
En cuanto a las instalaciones el hospital tiene un tanque cisterna en la parte baja del
edificio, por lo que es necesario bombear el agua, para que pueda ser distribuido en
todo el edificio.
A pesar de que el agua es succionada por medio de una bomba, la fuerza de la misma
es insuficiente para encender los calefones y las duchas eléctricas, lo que ocasiona:
desperdicio de agua, la misma que debe fluir, hasta lograr que se caliente; consumo
excesivo de energía eléctrica; alto consumo de gas; altos costos de mantenimiento;
peligro al maniobrar calefones, ya que son sistemas inflamables; entre otros.
El problema se ve reflejado en el tiempo de dedicación a cada paciente al momento del
aseo de los mismos, así como del personal que labora permanentemente en el
hospital.
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IMPACTO – BENEFICIO
La Universidad Técnica de Ambato, en especial la carrera de Ingeniería Mecánica, en
su afán de contribuir con la sociedad, ha visto la necesidad de implementar sistemas
de calentamiento de agua, por energía solar. El hospital consume gran cantidad de
energía, consumo que es constante a lo largo del año. La energía solar puede ayudar a
producir esa energía durante todo ese periodo.
En la actualidad, una instalación de energía solar, puede cubrir hasta el 80% del total
de la demanda de agua caliente sanitaria de un hospital o centro médico y hasta el
60% en la climatización del edificio. Ecuador reúne todos los requisitos que favorecen
un uso óptimo de la energía solar, gracias a su situación geográfica y climatología
apropiado.
En contra de lo que pueda parecer, una instalación solar se puede ubicar en cualquier
punto de Ecuador, consiguiendo un ahorro económico y energético rentable respecto
la inversión realizada.
La población beneficiaria son todos los que conforman el personal del hospital, así
como los pacientes a ser atendidos en la casa de salud, estimados en promedio 60
pacientes al día, 22 camas para hospitalización y 42 personas entre personal médico,
residentes, personal de limpieza y practicantes, dando un total máximo diario de 124
personas diarias.
77
OBJETIVOS
Objetivo general:
 Elaborar un estudio sobre un sistema fotovoltaico para el eficiente
calentamiento de agua.
Objetivos específicos:
 Estudiar el estado actual del sistema de distribución de agua.
 Evaluar los sistemas a gas y electricidad utilizados para el calentamiento del
agua.
 Diseñar un sistema de calentamiento por energía fotovoltaica, a fin de permitir
el calentamiento de agua de forma segura.
 Elaborar el presupuesto necesario para la implantación del sistema de
calentamiento.
RECURSOS
PREPUESTO POR CONCEPTO DEL PROYECTO.
CONCEPTO APORTE RECURSOS APORTE TOTAL

PROPIOS (USD) COMUNIDAD (USD) USD. (USD)
Personal 200 50 250

Equipos 0 50 50
Materiales y Suministros 50 0 50
Pasajes 0 50 50
Servicios (refrigerios, 50 50 100
fotocopias, etc.)
Total USD 300 200 500
78
PRESUPUESTO ESTIMADO DE UNA INSTALACIÓN CON COLECTORES SOLARES
PLANOS:
Costo estima do instalación para el área de hospitalización
unitario total
12 Colectores DSP S2.0 847.70 10172.40
planos
perforantes
baterías
10 tubería cobre 1 pulgada 15.00 150.00
1 Aislante 300.00 300.00
total 18578.04
Costo estima do instalación para el área de cocina

unitario total
5 Colectores DSP S2.0 847.70 4238.50
planos
perforantes
baterías
10 Tubería cobre 1 pulgada 15.00 150.00
1 Aislante 300.00 30.00
total 10160.85
CRONOGRAMA:
El presente proyecto se lo desarrolló en el espacio del 1 de Marzo de 2011 al 31 de
Agosto de 2011, en el cual se detalla todas las fechas de las actividades realizadas.
79
RESULTADOS DEL PROYECTO:
El estudio realizado ha llegado a la selección del sistema más rentable, de alta
eficiencia y el que tendrá una vida útil de 25 años. El mismo logrará el calentamiento
de agua del hospital de la fundación Alli Causai.
Este sistema de calentamiento de agua se lo instalará junto al ya existente de calefones
a gas, mismos que servirán como apoyo para aquellos días en los que la demanda de
agua caliente no pueda ser cubierta por los colectores.
Los colectores se los instalarán en dos grupos. El primero irá colocado sobre el área de
hospitalización y cubrirá la demanda de agua para el aseo de pacientes; el segundo
grupo irá colocado sobre el área de cocina para cubrir la demanda de agua en las
actividades de la preparación de alimentos, además del aseo de los estudiantes
pasantes que allí se hospedan.
CONCLUSIONES:
 El sistema más apto para el calentamiento de agua por energía solar en el
hospital es el de colectores planos por termosifón. El mismo que representa
una inversión inicial alta pero que se recupera en los primeros años debido al
ahorro en consumo de combustible.
 Los sistemas de energía solar necesitan equipos de apoyo como de energía
eléctrica o diesel.
 El sistema de energía solar contribuye con la disminución de contaminación
del medio ambiente.
 La producción de energía por medio de paneles fotovoltaicos es rentable a
nivel residencial y esta no es comercial debido a que los paneles generan baja
potencia y se necesitaría que es sistema sea muy grande lo cual sería costoso
para satisfacer la energía que requiere el hospital.
80
81

Energía Fotovoltaíca para Asegurar El Consumo de Agua

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

CENTRO DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD

FACULTAD DE: “INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA”

PROGRAMA: “UNIDAD DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD”

CARRERA DE: “INGENIERÍA MECÁNICA“

PROYECTO ACADÉMICO DE SERVICIO COMUNITARIO PARA

ETAPA I: “PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO”

NOMBRE DEL PROYECTO: “ESTUDIO DE UTILIZACIÓN DE

ENTIDAD BENEFICIARIA: “FUNDACIÓN ALLI CAUSAI”

CÓDIGO DEL PROYECTO: “FICM-IM-001-2011”

Ambato, Junio 2011

ÍNDICE ETAPA I ................................................................................................................. 1

PROYECTO DE SERVICIO COMUNITARIO PARA VINCULACIÓN CON LA

1. DATOS GENERALES DEL PROYECTO.

1.1 NOMBRE DEL PROYECTO:

1.4 MONTO:USD. 500.00

1.5 PLAZO DE EJECUCIÓN:

1.6 SECTOR Y TIPO DE PROYECTO:

2.1 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL ÁREA DE

Al encontrarse el tanque cisterna en la parte baja del edificio, es necesario bombear el

El problema se ve reflejado en el tiempo de dedicación a cada paciente al momento del

La Universidad Técnica de Ambato, en especial la carrera de Ingeniería Mecánica, en

• El ahorro de combustible y el ahorro monetario.

2.2 IDENTIFICACIÓN, DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA:

Dificultad para realizar el

Excesivos gastos en Desperdicio de agua durante

Diseño inadecuado del

Estudios no están acorde a

2.3 LÍNEA BASE DEL PROYECTO:

2.4 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN

3. OBJETIVOS DEL PROYECTO:

Gasto adecuado en NoMínimo

Adecuado diseño del

Estudios están acorde a la

3.1 OBJETIVO GENERAL O PROPÓSITO:

Elaborar un estudio sobre sistema fotovoltaico para el eficiente calentamiento de agua.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS O COMPONENTES:

1. Estudiar el estado actual del sistema de distribución de agua

3.3 MATRIZ DE MARCO LÓGICO:

Actividad 2.1 Estudiar las diferentes alternativas 27.00 34.00

Actividad 2.2. Análisis de la alternativa de 23.00 66.00

Actividad 3.1Diseño de un sistema fotovoltaico 120.00 60.00

Actividad 3.2. Análisis de Costos de 80.00 40.00

5.1 PRESUPUESTO POR ACTIVIDADES DEL PROYECTO

Componente 1: Estudiar el estado 50.00 0.00 50.00

Componente 2 Analizar las 50.00 100.00 150.00

Componente 3Plantear un sistema 200,00 100.00 300

5.2 PRESUPUESTO POR CONCEPTO DEL PROYECTO:

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

CENTRO DE VINCULACIÓN CON LA COLECTIVIDAD “CEVIC”

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

ACTA DE ACEPTACIÓN Y COMPROMISO PARA LA PLANIFICACIÓN,

específicas a entidades, tanto públicas como privadas a través de la Facultad de

2.1 OBJETIVO GENERAL

TERCERA.- COMPROMISOS DE LAS PARTES

1.1 LaFundación Alli Causai se compromete a:

- Brindar las facilidades necesarias durante la Etapa de Planificación, Ejecución,