Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo obtener una estrategia de modelación que permita orientar el diseño de sistemas de aprovechamiento geotérmico de baja entalpía integrados constructivamente. El proyecto se centra en dos de las pilas de entibación y sus respectivos anclajes del edificio Beauchef 851, estructuras que han sido implementadas con circuitos de tuberías de HDPE de diámetro 32 [mm] en la pila y de 22 [mm] en los anclajes por las que se hace circular agua que moviliza el calor del sub suelo hacia la superficie, o viceversa, pudiendo acondicionar espacios mediante el acople de una bomba de calor, permitiendo de esta forma aprovechar la energía geotérmica. Las pilas de entibación y anclajes presentan condiciones de borde particulares que no se encuentran en la literatura. Las pilas, que son de hormigón armado y tienen 1 [m] de diámetro y 30 [m] de profundidad, no están completamente rodeadas de suelo ya que una parte de ellas está en contacto directo con el muro perimetral que da hacia el patio de luz en su tramo superior (hasta los 14,7 [m] de profundidad) y hacia los subterráneos en su tramo inferior. En cuanto a los anclajes, que son de cables de acero inyectados con lechada y que tienen 12 [cm] de diámetro y un largo de circuito de 41,5 [m], se tiene que están inclinados 20° respecto de la horizontal y se encuentran a distintos niveles de profundidad. Esta investigación se desarrolla en base a tres grandes ejes de trabajo. El primero de ellos se relaciona con los aspectos prácticos necesarios de llevar a cabo y que permiten recuperar y preservar la implementación. El segundo eje corresponde a modelaciones realizadas con el software computacional EED que incorporen las condiciones de borde de los circuitos mediante procesos de ponderación, superposición y proyección, que a su vez permiten conocer el potencial térmico de la implementación. El tercer eje abarca las mediciones de test de respuesta térmica llevadas a cabo en terreno durante los meses de Agosto y Septiembre de 2013. Los resultados obtenidos indican que el sistema de entibación implementado tiene el potencial de tomar más del 50% de la demanda energética de calefacción y más del 10% de la de refrigeración en ciclos de carga y descarga del suelo, cantidades que fueron ajustadas y validadas en base a las mediciones realizadas en condiciones de operación, las que muestran que la conductividad térmica efectiva del circuito de la Pila es de 2,19 [W/mK] con una tasa de rechazo de calor de 42,4 [W/m], mientras que para los circuitos de los Anclajes la conductividad térmica efectiva es de 1,92 [W/mK] con una tasa de rechazo de calor de 29,6 [W/m], valores que permiten concluir que la implementación es aprovechable en términos energéticos.

En el presente trabajo se ha desarrollado la ingeniería para el diseño de un sistema activo de calefacción solar cuyo objetivo será brindar condiciones de confort térmico durante las noches a una vivienda unifamiliar ubicada en Mazocruz. De esta manera, las familias podrán enfrentar las temperaturas mínimas ocasionadas en su mayoría durante el periodo de heladas. Para lograrlo, se utilizó el método de diseño en Ingeniería Mecánica basado en la recomendación VDI 2221 “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productos” como herramienta para obtener una propuesta de solución que cumpla con las exigencias particulares del proyecto. El diseño plasmado consiste en una unidad de 5,8 kW de capacidad térmica que logra mantener una temperatura interior de 20 °C, durante un periodo nocturno de 12 horas, gracias a la transferencia de calor de aire forzado a 40 °C. El sistema se encuentra conformado por un colector térmico solar de doble placa corrugada de 35,6 m2, dos acumuladores térmicos de 2,9 m3 cada uno, un ventilador en ducto de 1,13 kg/s a 395,7 Pa y un arreglo de ductos metálicos rectangulares, adecuados para su disposición sobre techo. En esta tesis se han incluido el cálculo de dimensionamiento de los equipos, las verificaciones mecánicas de los componentes y planos de ingeniería. El costo total por el diseño técnico, suministro de materiales y fabricación en taller se ha estimado en S/ 41 247.00.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo es motivado por la búsqueda personal del estudiante por darle un sentido social y amigable con el medio, a su carrera de Ingeniería Civil Mecánica. Es así como se comienza la búsqueda de una localidad que tenga una necesidad que se pueda suplir con los recursos naturales de la misma. Así se llega a Huatacondo, pueblo que tiene carencia de abastecimiento energético pero que al mismo tiempo tiene abundancia de recurso solar. Además de esto ya se ha iniciado un proyecto para autosustentar energéticamente esta localidad mediante fuentes renovables, por lo que resulta el lugar ideal para situar el presente trabajo de título. La solución energética que se desarrolla en este trabajo de título es un sistema de calefacción solar activo, lo cual consiste en un sistema que capta y almacena la energía del sol durante el día para en la noche utilizar esta energía en calefaccionar una vivienda. De esta forma se busca modelar un sistema de calefacción solar para sentar las bases de la construcción del acumulador térmico, uno de los componentes principales del sistema. Finalmente se realizan pruebas experimentales sobre el acumulador construido para corroborar su funcionamiento. Para esto se comprende en detalle trabajos anteriores relativos a este sistema de calefacción y bibliografía pertinente. Con esto el estudiante es capaz de modelar los aspectos importantes del sistema y dimensionar el acumulador de calor. Luego de esto se pasa a la construcción y diseño de experimentos junto con su respectiva instrumentación, para finalmente realizar pruebas experimentales preliminares. Los resultados de los experimentos indican que la instrumentación utilizada es funcional y que el acumulador funciona de forma razonable, pudiendo llegar hasta cerca de un tercio de la carga térmica deseada bajo las condiciones de laboratorio y con ciertas consideraciones que se deben verificar. Estas condiciones de laboratorio son alcanzables en el funcionamiento in situ del acumulador en un futuro próximo si se avanza en la tecnología del colector solar de aire. Sin embargo, la instrumentación utilizada no es suficiente para dar valores más específicos sobre el funcionamiento del acumulador.

Desde hace muchos años, en la región alto andina se vienen produciendo las denominadas heladas, afectando a la población de la zona alto andina de nuestro país. Al tratarse de una condición climatológica recurrente es que debemos generar tecnologías adecuadas y acordes a las poblaciones con el fin de mejorar la calidad de vida de las personas. Asimismo estas condiciones de fríos extremos o similares se ven reflejadas en el ausentismo de las madres gestantes a la postamédica de la localidad, hecho quemotiva preocupación, puesto que, es el lugar más apropiado para los controles médicos y el alumbramiento respectivo. Considerando el factor del frío como una de las fuentes de ausentismo, es que se propone desarrollar la presente tesis, con la finalidad de brindar a la posta de salud la alternativa de instalar un sistema de calefacción solar y que el mismo sea replicable por los pobladores en general. La presente abarca los principales antecedentes de la comunidad de Langui, relacionados al sistema de calefacción, dentro de los mismos destacan el recurso solar disponible y las bajas temperaturas que se presentan. Los capítulos segundo y tercero, son una recopilación de los principales conceptos teóricos necesarios para el diseño del sistema y las condiciones tecnológicas actuales. En relación a los conceptos teóricos al tratarse de un sistema solar se presentan los diferentes ángulos en el aprovechamiento solar, conceptos generales para el correcto manejo de información estadística y los conceptos relacionados con la transferencia de calor. Con relación al estado actual de la tecnología, se presentan los principales componentes de un sistema y los arreglos más comunes actualmente. En el cuarto capítulo, se presentan los requerimientos del proyecto, indicando las exigencias que debe cumplir el mismo con la finalidad de satisfacer la necesidad real de la población. En esta parte se selecciona la solución óptima y se procede a realizar los cálculos requeridos para consolidar el diseño. Posteriormente, se presenta una metodología desarrollada para poder replicar el presente sistema en diferentes ubicaciones y condiciones, dentro de las cuales destacan el recurso solar disponible, la velocidad del viento en la zona y las dimensiones del recinto a calentar. Esta metodología pretende alcanzar a todos aquellos interesados una guía muy simple para el dimensionamiento de un sistema en una aplicación diferente a la posta de salud. Se construyó el sistema con la finalidad de garantizar que este pueda ser construido con herramientas básicas y recursos limitados, verificándose que el ensamble del mismo es muy sencillo y que los trabajos de carpintería no son complejos. Con este prototipo se realizaron pruebas referenciales que se presentan en los anexos, las cuales mostraron muy buenos resultados alcanzando los objetivos planteados y validando la teoría aplicada.

In the next pages, an energetic and exergetic analysis of one specific Heat, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) system, using air recirculation, will be detailed. Different operating conditions will be presented and the ones of least exergy destruction will be highlighted and analyzed. Both the first and second law of thermodynamics are used to understand and describe these phenomena through a specific performance criterion called Duty Specific Exergy Consumption1, noted DSExC in the rest. The main results presented in this document have been published in a peer-reviewed French journal dedicated to HVAC systems, see (Chacon Chauca, Quintanilla Munoz, & Vaudrey, 2019).

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En el presente trabajo se ha realizado el diseño de un sistema híbrido de calentamiento de agua sanitaria a 40°C que aprovecha la energía solar y eléctrica para un hotel de 30 habitaciones con un consumo de 4500 litros por día en la ciudad Puno. Para el diseño del sistema de calentamiento se comenzó por cuantificar la radiación solar en la zona de trabajo mediante de valores promedios históricos de radiación solar horizontal diaria, a partir de ello se realizó un modelamiento matemático para superficies inclinadas en la cual se determinó que para una inclinación de 20° en la superficie de captación entre los meses de Abril y Agosto se logra un incremento de captación de radiación solar de hasta 4 MJ/m² por día. Luego, se realizó la selección y diseñó del colector solar parabólico compuesto, el cual es un colector concentrador semiestacionario, debido a que durante el año se realiza solo 2 variaciones en la inclinación de la superficie de captación. Este colector está conformado por un absorvedor de cobre, una envolvente de tubo de vidrio, un reflector de aluminio y una cubierta de vidrio. El colector solar diseñado tiene un ratio de concentración de 2.3 y tiene un coeficiente de pérdida de calor bajo de 0.72 W/m²-K Finalmente, se realizó diseño del sistema de calentamiento de agua que consta de 2 circuitos: el circuito primario y secundario, en donde el circuito primario calienta un portador de energía y mediante un intercambiador calienta el agua del circuito secundario. Para el diseño del sistema se realizó balances térmicos en estado estable al sistema de captación, al intercambiador y al acumulador. Como resultado de los balances térmicos se determinó necesario un área de captación de 34.5 m², en donde se tiene temperaturas de hasta 74°C. Además, se determinó las diferentes temperaturas en la cual trabajaría cada punto del sistema de calentamiento y a partir ello se realizó el diseño un sistema de transporte del fluido portador de energía, la selección de un intercambiador de calor, la selección de tanques de almacenamiento y la selección de un sistema auxiliar de calentamiento de agua. / Tesis

El presente trabajo de tesis busca mostrar una forma de calefacción diferente llamada Calefacción por Suelo Radiante, que consiste en instalar tuberías de un material termoplástico, denominado PEX, en el interior del suelo; por estas tuberías circula agua caliente la cual eleva la temperatura del suelo y por ende de la habitación. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es diseñar un SUELO RADIANTE para poder mejorar la calidad de vida de las personas en el poblado de Langui. El “Suelo Radiante” será diseñado para el pueblo de Langui, ubicado en el departamento del Cuzco, a una altura de aproximadamente 4000msnm. La tesis ha sido estructurada en cuatro capítulos, en el primero, se describe la situación que hay en el poblado de Langui y los problemas que generan en la salud de las bajas temperaturas. En el segundo capítulo se muestra las diferentes formas de transferencia de calor involucradas en el diseño del sistema a instalar, tales como la conducción, convección y radiación; también se muestran algunas consideraciones para obtener el confort térmico, además se muestran las partes que constituyen el Suelo Radiante, sus distintas formas constructivas, ventajas y desventajas. En el tercer capítulo se muestra el procedimiento de diseño para poder calcular y seleccionar los distintos componentes que se encuentran en Suelo Radiante, basándonos de la Metodología enseñada en los cursos de Proyecto de Ingeniería Mecánica 1 y 2, para finalmente poder cotizar los elementos y conocer el precio real de la instalación (sin mano de obra, solo materiales y componentes) que son mostrados en el cuarto capítulo. Al final del trabajo realizado en la presente tesis se ha podido concluir que el sistema si funciona ya que se ha podido instalar y hacer algunas pruebas de funcionamiento en la zona, aunque si bien es cierto la construcción no estaba contemplada en la tesis pero se ha podido realizar, además que dicho sistema resulta amigable con el medio ambiente ya que no se emplea combustibles fósiles, si no, se emplean únicamente energías renovables. / Tesis

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Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En el presente proyecto de investigación se ha realizado la descripción de dos metodologías matemáticas para el diseño de colectores solares. El primer colector funciona durante el día calentando instantáneamente el aire mediante convección natural entre las 7am y las 5pm del día; el segundo tiene la función de almacenar calor en el transcurso de las 10 horas del día que es puesto. Siendo esta energía calorífica liberada al terminar la función del colector anterior con el fin de evitar el descenso brusco de la temperatura ambiente dentro de la vivienda dejada por el primero. Los datos de temperatura tomados han sido de los meses de febrero y julio del 2013 de la página www.accuweather.com para realizar una comparación de resultados y ver la conveniencia de su utilización en estos meses; pero con especial interés en los resultados del mes de julio que se producen con el descenso de las temperaturas hasta un grado que hace difícil la vida humana, animal y vegetal. Dentro de los dos diseños se han obtenido como resultado en el mes de febrero para el colector de placa plana una temperatura de salida de flujo promedio de 26℃ y de 21℃ para el mes de Julio, y para el almacenador de lecho de rocas se obtuvo una temperatura de salida de flujo promedio de 21℃ para febrero y de 15℃ para julio. Ambos resultados con un rendimiento promedio cercano al 80% y con un factor estadístico de determinación cercano a la unidad lo cual confirma la confiabilidad de los datos. Con la obtención de estos resultados se puede valorar la importancia de esta investigación puesto que se generan temperaturas adecuadas para la vida humana y así se pueda frenar en algo las numerosas muertes que se producen en las épocas de las heladas durante el mes de julio. / Tesis