Diseño de un sistema termosolar_Unadmpptx

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1.   Carrera: Ingeniería en Energías Renovables División: Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales ( CSBA ) Diseño de sistemas termosolares - EDST Diseño de un sistema termosolar

2. Proyecto de Eficiencia Energética Instalación de Sistema Termosolar en el Hospital IMSS Monterrey, Nuevo León 25°42'59"N 100°21'01"W

3. Introducción El Hospital IMSS en Monterrey, Nuevo León , busca modernizar su sistema de calentamiento de agua para reducir los costos del gas LP y mitigar su impacto ambiental. Actualmente, el hospital utiliza calderas de gas LP para cubrir la demanda de agua caliente para sus 50 cuartos y 12 oficinas . La dirección está evaluando la viabilidad de implementar un sistema termosolar de media temperatura que complemente o reemplace el sistema actual. Datos Ubicación: Monterrey, Nuevo León (25.715663, -100.350736). Instalaciones: 50 cuartos y 12 oficinas. Demanda actual: * Consumo de gas LP: 900 kg/mes. Poder calorífico del gas LP: 43.1 MJ/kg. Demanda térmica estimada: 53,100 MJ/mes. Requisitos del nuevo sistema Tecnología: Termosolar de media temperatura (100–250 °C). Temperatura de ACS requerida: 45 °C. Espacio disponible: 300 m² en la azotea. Presupuesto: Hasta $700,000 MXN. Objetivo de reducción: Mínimo 30% del consumo de gas LP.

4. El colector solar de tubos evacuados representa el mejor equilibrio entre rendimiento, costo y tecnología para el proyecto, cumpliendo con la meta de reducción de emisiones y optimizando la inversión inicial de hasta $700,000 MXN. Tipo de colectores solares

5. Dimensionamiento Preliminar del Sistema Termosolar Para calcular el área de colectores necesaria para cubrir el 30% de la demanda. Demanda térmica total: 53,100 MJ/mes. Meta de reducción: 30%. Demanda a cubrir: 53,100 MJ/mes × 0.30 = 15,930 MJ/mes. Cálculo de la Radiación Solar y la Eficiencia Se considerará una radiación solar promedio en Monterrey para un sistema inclinado en el invierno, que es la época de menor insolación y por lo tanto, la que define el dimensionamiento. Radiación solar promedio (G): Aproximadamente 15 MJ/m 2 /dia (promedio anual). Eficiencia del colector ( η ): Se estima una eficiencia media del 50% para un colector de tubos evacuados a la temperatura de operación requerida (45 °C).

6. Cálculo del area requerida de colectores Formula   Se recomienda un área de colectores de aproximadamente 75 m² para compensar posibles pérdidas y asegurar el cumplimiento de la meta de reducción.

7. Verificación del Espacio y la Inversión Espacio disponible: 75 m² es significativamente menor al espacio disponible en la azotea del hospital (300 m²), lo que confirma la viabilidad. Inversión inicial: El costo aproximado de un sistema de colectores de tubos evacuados, incluyendo la instalación, es de $6,000 - $8,000 MXN por m². Costo estimado: 75 m 2 ×$7,000 MXN/m 2 = $525,000 MXN . El costo estimado de $525,000 MXN se encuentra dentro del presupuesto disponible de $700,000 MXN, lo que deja un margen para tanques de almacenamiento, tuberías, bombas y otros componentes necesarios para la integración del sistema Imagen: google earth, Área para colectores Fuente: (Google earth,2025)

8. Estimación de la Inversión Inicial Colectores Solares (75 m²) Costo por m 2 : 7,000 MXN /m 2 Costo Total: 75 m 2 ×$7,000 MXN/m 2 =$525,000 MXN. Tanque de Almacenamiento (6,000 L) Costo Estimado: $120,000 MXN (incluye tanque aislado, conexiones y tuberías). Bomba de Circulación y Componentes Adicionales Costo Estimado: $30,000 MXN (incluye bomba, controlador diferencial y válvulas). Estimación del Ahorro Anual Consumo Anual de Gas LP: 900 kg/mes × 12 meses = 10,800 kg/año Reducción del Consumo (30%): 10,800 kg/años × 0.30 = 3,240 kg/año Costo Promedio del Gas LP: $18.00 MXN/kg Ahorro Anual Estimado: 3,240 kg/año×$18.00 MXN/kg = $58,320 MXN/año ROI El retorno de la inversión se estima en aproximadamente 11 años . Este período es razonable para un sistema que tiene una vida útil de 20 a 25 años.  

9. Diagrama general del sistema de colectores termosolar activo

10. Bibliografía Albizzati , E. (2016). EVALUACIÓN DE LA SUSTENTABILIDAD DE INSTALACIONES SOLARES CON COLECTORES DE PLACA PLANA Y TUBOS EVACUADOS. Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 32(3), 315–322. Consultado el 5 de septiembre del 2025. https:// doi.org /10.20937/rica.2016.32.03.06 Colector de canal parabólico . (2025). Unam.mx . Consultado el 5 de septiembre del 2025. http:// www.fordecyt.ier.unam.mx / html /colectorDeCanalParabolico_1.html ChatGPT. (2025). ChatGPT. Consultado el 5 de septiembre del 2025. https://chatgpt.com ‌ Google earth. (2025). Google.com. Consultado el 5 de septiembre del 2025. https://earth.google.com/web/@25.7162665,-100.35005898,556.04845245a,105.59422231d,35y,171.15122913h,62.90953458t,0r/data=CgRCAggBOgMKATBCAggASg0I____________ARAA Energía solar térmica : Colectores planos | Viessmann ES. (2023). Viessmann.es . Consultado el 5 de septiembre del 2025. https:// www.viessmann.es /es/consejos/ tecnologia -y-sistemas/sistema-de- energia -solar- termica /colectores- planos.html Bundesanstalt, P.-T. (s.f.). Estado de la Infraestructura de la Calidad para Energías Renovables y Eficiencia Energética en México COOPERACIÓN INTERNACIONAL, 2025. Consultado el 5 de septiembre del 2025. https://energypedia.info/images/1/11/Estado_de_la_Infraestructura_de_la_Calidad_para_Energ%C3%ADas_Renovables_y_Eficiencia_Energ%C3%A9tica_en_M%C3%A9xico_-_Estudio.pdf ‌ sener2a11_C. (2018). Dof.gob.mx. Consultado el 5 de septiembre del 2025. https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/7304/sener2a11_C/sener2a11_C.html