Este Trabajo de Título tiene como objetivo general diseñar un sistema de calefacción solar para un edificio público. Para estimar las necesidades térmicas del edificio se desarrolló un modelo térmico del edificio en el software SIMUSOL, el cual busca representar su comportamiento térmico global mediante modelos conocidos de transferencia de calor aplicados a sus singularidades. Este modelamiento comprende un ajuste en base a mediciones de temperatura in situ. En una primera etapa se realizaron mejoras térmicas al edificio que consisten en el aislamiento de muros con 5[cm] de aislante térmico y el reemplazo de ventanas tradicionales por termopaneles. Del modelo térmico se obtiene que el edificio con ambas mejoras térmicas incluidas, disminuye su demanda energética en un 70%. Sin embargo la elevada inversión inicial que implica, no permiten que sea una solución directa. Basándose en el modelo desarrollado, se dimensionó un sistema de calefacción solar complementado con un sistema de aporte auxiliar, capaz de mantener una temperatura de confort en un 95\% del invierno durante las 8:30 y las 18:00 hrs. El sistema solar resultante consiste en un colector solar plano para aire de 60[m2 ] para ser instalado en el techo norte del edificio y un colector tipo Muro Trombe de 14,5[m2 ] ubicado en la fachada norte. El sistema de aporte auxiliar que corresponde a un 10% de la energía para calefacción, fue calculado con una potencia de 24[kW] para funcionar durante 120 horas al año. Finalmente se realizó un modelo térmico del edificio con el sistema solar dimensionado y con las mejoras térmicas incluidas; obteniendo un aporte del sistema solar capaz de calefaccionar el edificio en un 95% del invierno sin aporte auxiliar. Ésto gracias al importante aporte de las mejoras térmicas que impiden las altas pérdidas de calor de las viviendas y edificios tradicionales. El desarrollo de este trabajo fue basado en el edificio ubicado en Concha y Toro nº461, actualmente el edificio de la Gobernación Provincia Cordillera.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / En este trabajo se presentan simulaciones numéricas de la distribución de temperatura y velocidades en una vivienda que utiliza un sistema de calefacción pasiva, Muro Trombe tipo Escalonado, con el objetivo de calefaccionar viviendas que se encuentran alejadas de la red eléctrica (SING). Este diseño innovador se caracteriza por poseer muros de concreto (masa térmica) equispaciados a una cierta distancia para mejorar la captación de energía solar y así aumentar la eficiencia térmica de la habitación. Las dimensiones exteriores; 2.5 [m] de alto, 5 [m] y 7.5 [m] de largo, para la pared superior e inferior respectivamente. Estos forman un ángulo de 45° con la horizontal inferior, aumentando la captación solar de la pared vidriada y producir mayores gradientes de temperaturas y velocidades al interior de la habitación. Las simulaciones se realizaron con el método de volúmenes finitos utilizando el software comercial (ANSYS Fluent 17.1), con el método de turbulencia k-ϵ Standard y el modelo de carga solar, incluyendo el método de ordenadas discretas (DO), el cual modela superficies semitransparentes (vidrio) con espesores pequeños. Se presenta una evaluación térmica del sistema utilizando los datos climáticos horarios para un día típico de invierno y verano en la localidad de Putre, Región de Arica y Parinacota. Se encontró que las temperaturas promedio en la habitación son de 20 [°C] y 30 [°C] para invierno y verano respectivamente. Se forma el fenómeno de capa limite hidrodinámica en la pared superior, alcanzando un valor de 0.1 [m] para el día más caluroso y 0.08 [m] para invierno. Esto se debe a la condición de no deslizamiento y a la viscosidad del fluido. Durante el día más frio, la energía máxima almacenada por la masa térmica es de unos 1800 [KJ] y durante el día más cálido es de unos 2200 [KJ]. Esta energía se entrega desde las columnas de concreto al aire en la habitación durante periodos sin insolación. Para futuros trabajos se propone considerar más parámetros para describir el entorno urbano y realizar un modelo a escala real de una vivienda típica del norte Chileno. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por: CONICYT-PCHA/Magíster Nacional/2014 - 22140560