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  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 1 Bach.: José LuisYanqui Parillo UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Titulo De La Investigación “DISEÑO DE UN COLECTOR Y ACUMULADOR DE ENERGÍA SOLAR, PARA UN MÓDULO DE CRIANZA DE CUYES EN PAUCARCOLLA-PUNO” EJECUTORES Ejecutor : Bach. José Luis Yanqui Parillo Director : Ing. Teófilo Chirinos Ortiz Asesor : Ing. Oswaldo Mamani Arias Asesor : Ing. Juan Ccamapaza Aguilar I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El criterio de funcionalidad de una explotación animal está íntimamente ligado con el ámbito climático, la cual supone entre otras cosas proporcionar un ambiente idóneo al “Cavia Porcellus”, más conocido como el cuy como aplicación del proyecto de investigación la cuál es “Diseñar un colector solar para acumular calor”. Garantizar la salud del animal implica conseguir una producción máxima gracias al “confort” logrado, compatible con una utilización adecuada de los recursos ambientales climáticos y un uso racional de la energía. El factor ambiental que más frecuentemente se tiene en cuenta en nuestro ámbito de estudio es la variación drástica de temperatura que se presentan en el altiplano, produciendo mortalidad de las progenies y mayor consumo de alimento para llegar al peso óptimo de comercialización en el mercado, (1.00, 1.100 y 1.200 Kg) para exportación. Las instalaciones se diferencian por su contribución y diseño, considerando el valle, altiplano, y trópico, además el tipo de crianza y la disponibilidad de materiales de construcción. La temperatura óptima es de 18ºC. Las temperaturas extremas, tanto calurosas (mayores a 34ºC) como frías (menores a 3ºC) producen postración, principalmente en hembras gestantes y lactantes. La infraestructura es preponderante en la ejecución de actividades productivas. Para que una crianza de cuyes produzca eficientemente, es necesario contar con instalaciones apropiadas. En los diseños frecuentemente el factor climático es el que se tiene en cuenta como la humedad y ventilación, estos factores ambientales interactúan con la temperatura que es la variable más significativa para asegurar el confort que el animal precisa, así una consecuencia inevitable de las diferencias de temperatura y de la humedad entre el cuerpo y el ambiente circundante, es el cambio continuo de calor entre éste y el animal,
  2. 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 2 Bach.: José LuisYanqui Parillo de manera que para mantener una temperatura corporal constante, las tasas de ganancia de calor corporal debe equilibrar las pérdidas de calor. Para lo cual necesitamos hacer uso de la energía solar transformándolo en calor para utilizarlo en tiempos que se requiera mantener el equilibrio de calor que necesite proporcionar a los ambientes de explotación animal. Actualmente, la oferta de cuyes en la región de Puno, es de aproximadamente 102.90 Tm/año, en los departamentos de las zona sur tiene oferta de 3470 Tm, siendo la región Cusco y Arequipa los principales productores. La carne de cuy presenta una importante demanda potencial a nivel de los supermercados de Lima Metropolitana, debido a que el 79.12 % de la población acude a ellos y un gran porcentaje tiene raíces andinas. Según ADEX-2003, se exportaron alrededor de 3470 kilos de carne de cuy a EE.UU., a la fecha se está incrementando la exportación a países como Ecuador, México, Colombia, Japón, y China como los mercados que más demanda tiene con este producto. Todo este enfoque nos conlleva a preguntarnos: Pregunta General ¿El diseño de un colector y acumulador de energía solar, permitirán acumular calor suficiente para temperar un módulo de crianza de cuyes? Preguntas Específicas ¿La geometría simétrica entre el colector y acumulador solar permitirá ganar irradiación solar? ¿Las rocas de origen volcánico permitirán almacenar calor por incidencia indirecta de la irradiación indirecta de la irradiación solar? ¿El flujo de aire en volúmenes regulados permitirá uniformizar el calor dentro del acumulador solar? II.- ANTECEDENTES La calefacción por energía solar ha sido una de las aplicaciones que más interés ha despertado en los últimos tiempos. La calefacción de edificios, de granjas productivas requiere de importantes cantidades de energía y por lo tanto de dinero. En nuestro medio en cuánto a diseños en aplicaciones productivas destacan los invernaderos y las campanas solares, a través de los cuáles se crean ambientes artificiales necesarios para producir especies vegetales y animales. A ello mencionaremos algunos trabajos referentes a los sistemas de calefacción solar: Oliveros D. Alfredo (1990). Afirma; que desde el punto de vista tecnológico la calefacción solar está resuelta, sin embargo, se está realizando todavía programas de investigación y desarrollo para mejorar el comportamiento, encontrar mejores soluciones arquitectónicas y reducir costos. CENSOLAR (2007). Indica, es preciso no obstante, señalar que existen algunos problemas que todavía debemos afrontar, aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conlleva por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas.
  3. 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 3 Bach.: José LuisYanqui Parillo Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más se suele necesitar. Al ser una aplicación poco difundida hasta ahora, no existe un modelo estandarizado de colector solar de aire en combinación con lecho de rocas para almacenar calor, realizando cada fabricante su propio modelo. Por la misma razón, no existen pruebas oficiales que midan el rendimiento de estos colectores, existiendo diversas concepciones en cuanto a su rendimiento de acumulación de calor. Es de vital importancia proseguir con las acciones que conduzcan al desarrollo de esta incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar a fin de conseguir las condiciones que le hagan definitivamente competitiva a niveles de producción comercial. III. JUSTIFICACIÓN Hay una razón muy importante la que me lleva a incursionar el campo de la ciencia, la técnica y la tecnología, la cual como indicara el Ing. Júan Vilchez (INIA) en un foro; como profesionales somos transmisores de tecnología para la dependencia, a esto debemos agregarle que nos prestan dinero a cambio de usar su tecnología. Por lo mencionado podemos ver como investigadores adaptar tecnologías extranjeras y fusionarlos con nuestras propias herramientas tecnológicas o si fuera en el mejor de los casos crearlo en nuestro medio para poder competir en el mercado nacional e internacional. El tema de aprovechamiento térmico, ha suscitado gran interés por parte mía ya que e podido apreciar que se necesita calefacción solar en estaciones como el invierno ó en estaciones lluviosas, con el único fin de garantizar el desarrollo óptimo del cuy con fines productivos. Con la presente investigación referente al aprovechamiento térmico se busca centrar esfuerzos en mejorar las condiciones climatológicas del hábitat del cuy, de esta forma incrementar el rendimiento de producción de carne. IV. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 4.1 MARCO TEÓRICO 4.1.1 El Diseño Gallegos, Héctor (1999), el diseño, como acto personal ó crecientemente grupal, es un proceso racional, no estructurado, integrador, sujeto a complicaciones imprevistas y con soluciones múltiples, que responden al propósito de crear u objeto a partir de información generalmente imprecisa e incompleta. El es siempre primero síntesis y luego análisis.
  4. 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 4 Bach.: José LuisYanqui Parillo 4.1.2 Módulo de crianza de cuyes a.- Módulo Tarrillo, Hugo (2006). Indica que el módulo es una unidad común de medida, especificada particularmente para la coordinación dimensional. Su valor se fija para establecer los tamaños de los componentes con la máxima flexibilidad y conveniencia, es una unidad de medida y, a la vez, un coeficiente numérico. b.- Crianza de cuyes Tarrillo, Hugo (2006). Señala que el cuy (cavia aperea porcellus) es un mamífero originario de la zona andina, su crianza es generalizada en el ámbito rural para usarlo como un animal productor de carne para autoconsumo. La carne de cuy se caracteriza por presentar buenas características nutritivas, como 19.1% de proteína y 7.41% de grasa, El peso promedio comercial de las carcasas llegan a 600 g. Es llamado también curi, cobayo o conejillo de Indias, su carne es usada en la alimentación humana de algunos países latinoamericanos, como Colombia, Bolivia, Ecuador y Perú. Por la importancia que tienen las carnes en la alimentación del hombre, el cuy ofrece su rápida reproducción y crianza económica, las mejores perspectivas para contribuir a mejorar el nivel nutricional de la población. 4.1.3 Exigencias ambientales de cuy Kajjak, Nancy (2006). Se dice que las técnicas modernas de cría intensiva están orientadas hacia una clara intensificación de la producción lo que supone la creación de unidades de explotación cada vez más importantes, lo que da lugar a alojamientos con una alta densidad animal donde las condiciones de vida están modificadas. En los últimos años se ha puesto de manifiesto la importancia del medio ambiente de crianza de animales, sobre la salud y consiguientemente sobre su productividad. 4.1.4 Abastecimiento de carne de cuy en los establecimientos Crúz, Sandra (2007). Respecto a los canales de comercialización, hace referencia que la mayoría de los productores de cuyes, comercializando semanalmente sus productos en el mercado local a través de los intermediarios. El otro mercado al cual tienen acceso es en el mercado regional, en las ciudades de Juliaca y Puno y, el mercado extra regional orientadas a las ciudades de Cusco y Arequipa también con entregas semanales, se mencionan algunos análisis respecto a la demanda, la oferta, tanto en el mercado interno como en el externo. a.- Análisis de la demanda Cuadro Nº 01 Proyección de la demanda de cuy en los departamentos del sur del Perú AÑO DEMANDA DE CUYES PROYECTADO POR DEPARTAMENTOS TM AREQUIPA CUSCO PUNO MOQUEGUA TACNA 2000 966 2124 105 225 139 2001 979 215 106 230 143 2002 991 2176 107 235 147
  5. 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 5 Bach.: José LuisYanqui Parillo 2003 1003 2202 109 240 151 2004 1015 2228 110 246 155 2005 1027 2254 112 252 160 2006 1039 2280 114 258 165 2007 1051 2306 116 264 170 2008 1063 2332 118 270 175 2009 1075 2358 120 276 180 2010 1088 2384 122 282 185 2011 1101 2410 124 288 190 2012 1114 2436 126 294 195 2013 1127 2462 128 300 200 2014 1140 2488 130 306 205 Fuente: III Ceso agropecuario 1994, ENCAS 1997 Boletín Nº 22 Ministerio de Agricultura Proyecciones de poblaciones por años calendarios según departamentos, provincias, distritos (2004 – 2014), septiembre, 2005. b.- Análisis de oferta Actualmente, la oferta de cuyes en el departamento de Puno es de aproximadamente 102.90 Tm/año, en los departamentos de la zona sur tiene una oferta de 3,470 Tm, siendo el Cusco y Arequipa los principales productores. Cuadro Nº 02 Oferta disponible de Cuy en Departamentos del sur del Perú DEPARTAMENTOS POBLACIÓN Nº CABEZAS SACA Nº CABEZAS PROD. CARNE T.M. Puno 98160 412272 102.9 Cusco 1560000 7098000 1771.66 Arequipa 1050000 4777500 1192.46 Moquegua 215000 978250 244.17 Tacna 140000 637000 159 TOTAL 3063160 13903022 3470.19 Fuente III Censo Agropecuario 1994, ENCAS 1997 Estadística nacional de cuyes, boletín Nº 22 Ministerio de Agricultura. % de hembras en producción : 70 %
  6. 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 6 Bach.: José LuisYanqui Parillo Productividad : 6.5 cuyes/hembra/año Peso promedio carcasa : 0.2523 kg Cuadro Nº 03 OFERTA DISPONIBLE DE CUY EN EL DEPARTAMENTO DE PUNO POR PROVINCIAS. PROVINCIAS POBLACIÓN Nº CABEZAS SACA Nº CABEZAS PROD. CARNE T.M. Puno 13314 55919 13957 Azángaro 5523 23197 5790 Carabaya 10671 44818 11187 Chucuito 2615 10983 2741 El Collao 2440 10248 2558 Huancané 4813 20215 5046 Lampa 1048 4402 1099 Melgar 3837 16115 4022 Moho 8265 34713 8664 S.A. Putina 2586 10861 2711 San Román 1141 4792 1196 Sandia 26910 113022 28210 Yunguyo 14997 62987 15722 TOTAL 98160 412272 102903 Fuente: III Censo Agropecuario 1994, ENCAS 1997 Estadística departamental de cuyes en Puno % de hembras en producción : 70% Productividad : 6 cuyes / hembra / año Peso promedio carcasa : 0.2496 kg. c.- Mercado externo Tarrillo, Hugo (2006). – Hace referencia a los siguientes países destinos como: Estados Unidos, Japón, Italia, China, otros; teniendo los siguientes volúmenes de exportación en los últimos años:
  7. 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 7 Bach.: José LuisYanqui Parillo Cuadro Nº 04 Fuente: ORDOÑEZ, Ricardo, Escuela de Post grado, PUCP. Cuadro Nº 05 Tamaño promedio de embarque Año Exportación Kilos Numero de Embarques Tamaño promedio por embarque 1995 310.0 2 155.0 1996 1996.4 8 248.0 1997 439.4 2 219.7 1999 100.0 1 100.0 2000 145.0 1 145.0 2001 400.2 2 200.1 2002 1821.3 10 182.1 2003 3466.3 10 346.6 2004 4496.6 15 299.8 2005 3031.5 8 378.9 Fuente: ORDOÑEZ, Ricardo, Escuela de Post grado, PUCP. - Consideraciones para la exportación de carne de cuy: 1. Cantidad. * Reglamentación sanitaria 2. Calidad. * Sala de beneficio y empaque 3. Continuidad. * Precio internacional 1995 1996 1997 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Series1 310 1984.4 439.4 100 145 400.2 1821.3 3466.3 4496.6 3031.5 0 1000 2000 3000 4000 5000 Kilos Exportación de carne de cuy 1995 - 2005
  8. 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 8 Bach.: José LuisYanqui Parillo 4.1.5 Efecto de la altura sobre el crecimiento y engorde del cobayo Burga, E. (2005, 16 de diciembre). Efecto de la altura sobre el crecimiento y engorde del cobayo (home page). Consultado el día 17 de febrero del 2009 de la World Wide Web: http://www.perucuy.com/site/ El objetivo del presente trabajo fue el de estudiar el efecto de la altura sobre el engorde y crecimiento de los cuyes. Se utilizaron 60 cuyes machos dividido en dos grupos: T1 (animales registrados) nacidos en la Granja de Animales Menores (G.A.M.) a 238 msnm. Se engordaron 2 lotes: A en la costa (G.A.M.) y B en la altura (4843 msnm). T2 (animales sin registro) nacidos a mas de 4800 msnm y divididos totalmente al azar en dos lotes: B se mantuvo en la altura y A fue llevado a 238 msnm. Se evaluaron ganancia de peso, consumo de alimento, conversión alimenticia y valor de hematocrito. Tanto en T1 como en T2 los lotes A engordados en la costa (238 msnm) tuvieron mayor ganancia de peso (P< 0,01), menor consumo de alimento, mejor eficiencia en utilización de los alimentos y menor valor del porcentaje de hematocrito, que los lotes B engordados en consideraciones de altura. 4.1.6 Instalaciones Chauca, Lilia (1997). Menciona que las instalaciones están diseñadas para poder controlar la temperatura, humedad, viento, y proteger a los animales del excesivo frío, calor, lluvia y corrientes de aire, además permitir una buena iluminación y ventilación. Se recomienda un rango de temperatura de 18 º a 24ºC, con una humedad de 65 a 70%. Para fines de producción, el hombre puede incluir al desarrollo de ciertas aptitudes en el animal, o controlar algunos factores que permitan implementar condiciones favorables de ambiente para una explotación de la especie. 4.1.7.- Tipos de instalaciones Tarrillo, Hugo (2006). Lo cataloga de la siguiente forma: Las instalaciones pueden ser: Pozas Jaulas a.- Crianza en pozas Las pozas son corrales de un determinado tamaño, cuadradas o rectangulares, distribuidas de manera que se pueda aprovechar el máximo de espacio interior a así permitir la circulación de carretillas o personal. De esta manera se pueden disponer pozas para reproductores, para recría y para animales reserva. Para la crianza en pozas, se recomienda el siguiente modelo: Este modelo se puede modificar de acuerdo a la disponibilidad de terreno y en número de animales que se desee criar. Diseño y dimensión de galpón con pozas Ventajas: - Facilita el manejo y control sanitario del plantel - Es de construcción fácil y permite el uso de diversos materiales. - Evita la competencia de crías y adultos por el alimento porque no se crían juntos - Se pueden llevar registros que permiten detectar a los futuros productores.
  9. 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 9 Bach.: José LuisYanqui Parillo - Permite separar a los animales por clase, sexo y edad. - Hay menor mortalidad porque se evita el contagio de todos los animales. b.- Crianza en jaulas Las instalaciones con jaulas requieren de una mano de obra calificada en la construcción de jaulas, ya que deben tener sistemas adicionales de drenaje y evacuación de desechos, sistemas de alimentación, esto es, bebederos y comedores. Ventajas: - Mejor aprovechamiento del espacio en el galpón de crianza. - Higiene y sanidad que se realiza con mayor eficiencia. - Esta crianza se recomienda en zonas de elevada temperatura y humedad. Desventajas: - Costos elevados en cuanto a infraestructura. - Requiere personal calificado en su diseño y construcción. Algunos criadores que emplean el sistema de pozas, construyen además jaulas para aumentar su capacidad de producción, combinando los dos sistemas. 4.1.8 Energía Solar a.- Energía Solar Fernández, Pedro (2006). Señala que el sol genera su energía mediante reacciones nucleares de fusión (átomos de hidrógeno que se transformará en helio), que se dan en su núcleo. Por ello, la generación de energía se produce de la pérdida de masa. La célebre ecuación de Albert Einstein nos explica el proceso: E=mc2, donde “E” es la energía liberada, “m” es la masa que desaparece y “c” la velocidad de la luz, y con esto debemos tener claro el por qué del agotamiento de las estrellas. La energía solar que incide anualmente sobre la tierra supone diez mil veces la demanda de energía anual de la población mundial. b.- Radiación solar Fernández, Pedro (2006). Define a la radiación solar como un conjunto de radiaciones electromagnéticas que son emitidas por el sol. En términos genéricos, es la propagación de la energía por el espacio de forma análoga a la luz. c.- Constante solar CENSOLAR, (2007). Hace mención que este tipo de flujo de energía proveniente del sol que incide sobre una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la radiación solar, ubicada a una distancia media de la tierra al sol, fuera de la atmósfera. Tenemos a la irradiancia y la irradiación como términos fundamentales, que nos cuantifican la cantidad de energía que podemos aprovechar, en forma de ondas electromagnéticas procedentes del sol. Irradiancia (I). Es la potencia o energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado. Se mide en Kw./m2. Irradiación (G). Es la energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado y a lo largo de un cierto período de tiempo. Se mide en kwh./m2. d.- La radiación de onda larga – Radiación Térmica CENSOLAR, (2007). Señala que la radiación térmica es un proceso mediante el cual la energía calorífica pasa de un cuerpo a otro en virtud de la diferencia de temperatura existente entre ellos.
  10. 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 10 Bach.: José LuisYanqui Parillo Puede considerarse energía electromagnética y como tal se propaga; en el caso de la radiación solar la longitud de onda queda comprendido en el intervalo 0.20-5 μm. 4.1.9 Calefacción solar Oliveros D. Alfredo (1990). Hace referencia que se han realizado bastantes trabajos en los sistemas de calefacción solar en países desarrollados y en vías de desarrollo como por ejemplo: Francia, República Federal de Alemania, India y USA. Desde el punto de vista tecnológico la calefacción solar está resuelta. Sin embargo, se está realizando todavía programas de investigación y desarrollo para mejorar el comportamiento, encontrar mejores soluciones arquitectónicas y reducir costos. En muchos casos como en sistemas de calentamiento convencionales, se puede obtener agua caliente para uso doméstico a partir del sistema de calefacción ambiental. 4.1.10 Tipos de sistemas de calefacción Francois & Guinebault (1997). Hace mención a los sistemas pasivos y sistema activo: a.- Sistemas Pasivos La radiación solar calienta la superficie absorbente, que viene a ser la exterior oscura de la pared, la cual está orientada hacia el norte (en el hemisferio sur). No obstante este esquema, es aplicable para lugares ubicados fuera de la zona tropical. La distancia entre esta superficie absorbente y la doble cubierta de vidrio constituye un conducto en el cuál el aire se calienta y eleva por efecto de termosifón y luego, ingresa en el espacio a ser calentado por una abertura en el fondo de la pared. como ya se dijo, este diseño tan simple se puede construir fácilmente, pero son aplicables en regiones ubicadas lejos del Ecuador, donde el sol se mantiene bastante bajo durante el año, como en Odeillo, lugar situado al sur de Francia, donde este sistema suministra del 60 al 70 % de la energía total necesaria para fines de calefacción. Una empresa norteamericana ha puesto en el mercado esta pared en forma de módulos y la está comercializando actualmente. b.- Sistema Activo En este sistema el agua se calienta en colectores planos y es enviada através de un tanque de almacenamiento, a radiadores o convectores, ubicados en los espacios a calentar. El agua caliente puede almacenarse también en intercambiadores, sobre los que sopla aire. Luego el espacio es calentado por aire caliente. En condiciones climáticas normales debe usarse una fuente de calentamiento auxiliar. Existen también diseños de sistemas activos que trabajan con aire caliente en este caso la energía es almacenada en recipientes que contienen piedras u otros materiales de calor específico elevado. Después de los experimentos de la casa solar del M.I.T., Se ha reconocido que a nivel de viviendas individuales, intentar guardar calor de una estación a otra, precisaría de un volumen de almacenamiento que resultaría antieconómico, y, en edificios diseñados posteriormente, el máximo tiempo de almacenamiento intentado ha sido de 10 días. Según el estudio de Loof y Tybot, la cantidad de calor almacenada, calculando unos costos mínimos de calefacción solar, es para casi todos los lugares de EE.UU., en que puede utilizarse este tipo de calefacción, de 50 a 75 lts. de agua (o su equivalente en otras sustancias) por metro cuadrado de colector solar.
  11. 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 11 Bach.: José LuisYanqui Parillo Esta cantidad almacenada es suficiente para suministrar calor en invierno durante 1 o 2 días nublados. De los edificios que cuentan con calefacción solar en EE.UU., solo 4 han intentado y conseguido extraer el 100 % de su calefacción del sol. La consideración de los tres factores: tamaño del edificio, clima, y proporción de la demanda total, que ha de ser abastecido por la energía solar, determina en gran medida la superficie total del colector y la capacidad térmica del depósito de almacenamiento de calor. Cuadro Nº 06 Propiedades físicas de materiales para almacenamiento de calor. MATERIAL TEMPERATURA ºC CAPACIDAD CALORICA (cal/gr ºC) CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO (Kcal/kg) AGUA DEPOSITO DE PIEDRAS (Rocas con 1/3 ESP., huecos) SO4Na210H2O 20 20.0 32.2 1.0 20 8.0 84.5 Fuente: Fernandez, Pedro (2006). Con respecto a los materiales utilizados para el almacenamiento de calor existen diversas posibilidades y su selección dependerá del espacio disponible, el costo, el mantenimiento y el comportamiento. Aplicación de la Calefacción solar en Perú y Bolivia. 4.1.11 Aplicaciones productivas Oliveros D. Alfredo (1990). Indica que la utilización y aplicaciones solares son sumamente importante para las zonas más frías de Perú y Bolivia, la constituye el uso de la energía solar para aplicaciones productivas, destacándose los invernaderos y las campanas solares, a través de las cuáles se podrían crear los ambientes artificiales necesarios para producir especies vegetales y animales, que permitan mejorar la dieta de los pobladores de dichas zonas, que lamentablemente aquí y en todos los países andinos, son las más deprimidas. Los diseños en modelo invernadero y de tipo Campana Solar, fueron construidos en el Centro Energético para Zonas Altiplánicas. Otro modelo similar de invernadero fue instalado en la Comunidad campesina de Miscamayu, ubicada a 10 km., de Tarabuco y a 3000 msnm. fue construido durante un seminario-taller dictado a fines de 1987, directamente a los comunarios del lugar y de los anexos. En este se está produciendo actualmente diversas verduras que están siendo cuidadas por niños entre 6 y 8 años, de la escuela local con excelentes resultados. La campana solar referida fue desarrollada por el grupo Rumanaki de Andahuaylas- Perú, que fue probada en ese lugar con mucho éxito. 4.1.12 Almacenamiento en Lecho de rocas Fernandez, Pedro (2006). Hace referencia que las unidades de almacenamiento en lecho de rocas (guijarros o cantos), se basa en la capacidad calorífica de ciertos materiales ligeramente compactos, a través de los cuáles se hace circular un fluído, generalmente aire.
  12. 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 12 Bach.: José LuisYanqui Parillo Los intercambiadores de lecho de guijarros tienen una transferencia de calor muy buena entre el aire y los sólidos del lecho, lo que tiende a reducir al mínimo las diferencias de temperatura entre el aire y los sólidos cuando se calienta el lecho y entre los sólidos y el aire cuando se enfría el lecho. Se han realizado muchos estudios sobre el calentamiento y el enfriamiento de lecho de rocas o guijarros en sistemas químicos con materiales de relleno de tamaño uniforme y forma regular, pero pocos ofrecen un verdadero interés para las aplicaciones en los sistemas termosolares. 4.1.13 Flujo de aire en Ductos Mott, Robert (1997). Menciona que los sistemas de ventilación y aire acondicionado distribuyen el aire através de ductos a relativamente baja presión. Los ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden describirse como dispositivos de alto volumen y baja presión. Se requiere un conocimiento de las presiones en el sistema de ductos para adaptar en forma apropiada un ventilador a un sistema dado, para asegurar la entrega de una cantidad adecuada de aire y para equilibrar el flujo en varias partes del sistema. 4.1.14 Termometría CENSOLAR (2007). Define a la termometría como el estudio de la medida de los fenómenos térmicos o calóricos. Con fines de comprender los fenómenos térmicos definiremos sus componentes: a.- Calor El calor es una forma de energía que poseen todos los objetos materiales y depende del número total de moléculas del cuerpo. Al enfriarse un cuerpo pierde energía calórica, pero no pierde todo su calor, sólo a la temperatura de cero absoluto (-273.15 °C) cesa toda actividad molecular. b.- Temperatura La temperatura de un cuerpo es la condición que determina si el cuerpo es apto para transmitir calor a otros o para recibir calor transmitido por éstos. La temperatura de un cuerpo depende de la energía cinética media de la vibración de las moléculas. Cuando un objeto recibe calor, la energía térmica es absorbida por sus moléculas, si es un cuerpo sólido sus moléculas vibran con mayor energía; en los gases y líquidos las moléculas se moverán con una velocidad mucho mayor. c.- Termómetros de expansión térmica La construcción de termómetros se basa en los principios físicos, como la dilatación y la contracción de los cuerpos cuando se calientan o enfrían a una presión constante. Los termómetros para fines meteorológicos usan como cuerpos termométricos el mercurio y el alcohol. Termómetro de mercurio El termómetro es el instrumento de precisión que mide las variaciones de la temperatura. La construcción de los termómetros se basa en los principios físicos de la dilatación y contracción de los cuerpos termométricos dependiendo de los cambios de temperatura. Los termómetros contienen el líquido termométrico (mercurio); el volumen del líquido aumenta conforme aumenta la temperatura provocando que éste líquido ascienda por el tubo capilar; cuando la temperatura disminuye el líquido termométrico
  13. 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 13 Bach.: José LuisYanqui Parillo se contrae y la columna también desciende. el mercurio es el cuerpo termométrico más práctico por las siguientes razones: - Tienen un alto grado de pureza - Es muy estable a través del tiempo, no experimenta alteraciones químicas. - Tienen una gran conductividad térmica, que produce una sensibilidad para responder en el menor tiempo. 4.1.15 Comportamiento térmico de los materiales Francois & Guinebault (1997). Define varias categorías de materiales utilizados en la construcción en función de sus características térmicas. Entre otros, se distinguen los materiales opacos, los aislantes, los transparentes y translúcidos, y los materiales con cambio de fase. a.- Los materiales opacos Estos son los materiales que sólo aceptan la transmisión por conducción. en nuestro estudio, se trata de las paredes de las casas que no transmiten la radiación solar directamente hacia el interior. b.- Los materiales aislantes Entre las paredes opacas, se definen los materiales aislantes que tienen como características: K<0,12 W/m2/ºC. Estos materiales juegan un rol decisivo en el rendimiento de los sistemas solares pasivos, limitando las pérdidas térmicas en cada nivel del sistema (captación, almacenamiento o distribución). Permiten, pues, una utilización máxima del calor captado. c.- Los materiales transparentes Se trata de los materiales que transmiten radiación solar. Estos materiales están definidos por tres parámetros: t=coeficiente de transmisión de la radiación incidente;ρ(ro)=coeficiente de reflejo y α(alfa)=coeficiente de absorción. d.- El efecto invernadero Esta característica del vidrio lo convierte en un material básico para la mayoría de los sistemas solares. En efecto, la radiación solar es transmitida, en gran parte, a través de vidrios. Esta radiación calienta las superficies interiores de la zona de vidrio, sus temperaturas se elevan y una radiación térmica de gran longitud de onda se dirige hacia el vidrio. e.- Los materiales con cambio de fase. Algunos materiales presentan una característica interesante para temperaturas normales en los sistemas solares pasivos: Cambian de fase (los sólidos se vuelven líquidos, por ejemplo). Ahora bien, para pasar de un estado a otro, necesitan un aporte energético considerable llamado calor latente. 4.1.16 Economía y costos comparativos Francois & Guinebault (1997). Hace una definición por costo global de un producto su costo de inversión, al que se agrega los costos de mantenimiento y de operación. Así, si se trata de una casa, es oportuno comparar el costo de una calefacción tradicional utilizando energías al valor del mercado con el de una calefacción solar a ningún costo (aparte del mantenimiento).
  14. 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 14 Bach.: José LuisYanqui Parillo Sin embargo, la solución solar implica en todas las casas un sobrecosto en la compra: Costo del muro solar, de la vidriera, etc. Por ello es interesante conocer el momento a partir del cual los ahorros logrados con la calefacción solar serán iguales al sobre costo de la inversión inicial. Esto se denomina el tiempo de retorno. A partir de entonces, se comienza a ahorrar. 4.2 MARCO CONCEPTUAL 4.2.1 Sistemas solares Oliveros, Alfredo (1990). Hace referencia que los sistemas se diseñan utilizando colectores, para satisfacer necesidades tanto domésticas como industriales. 4.2.2 Calefacción solar CENSOLAR, (2007). Refiere que existen dos sistemas fundamentales de calefacción que utiliza la energía solar aquel que emplea colectores de agua y aquel que emplea colectores de aire. el método que mejores resultados ha demostrado hasta ahora ha sido el que emplea aire, debido a que este tipo de instalaciones ofrece ciertas ventajas con respecto a las instalaciones que utilizan agua. 4.2.3 Colectores solares Fernandez, Pedro (2006). Indica que un colector solar transforma la energía solar incidente en otra forma de energía útil. 4.2.4 Confort Herts, John (1981). Hace referencia a las condiciones ambientales confortables están basadas en la habilidad del individuo para mantener el balance térmico con su ambiente por medio de aportes fisiológicos menores, sin sudar o temblar de frío. 4.2.5 Modelo Pozo, José M. (2002). Entenderemos a la representación o reproducción de los fenómenos. Los modelos pueden ser de diferentes tipos. Es el núcleo del proceso de diseño. El ingeniero concibe un modelo de sistema que satisface las especificaciones. El modelo deberá documentarse. 4.2.6 Diseño Torres & Cano, (2008). Consiste en especificar las propiedades y cualidades relevantes del sistema a diseñar. En el proceso de diseño se utilizan representaciones gráficas de los objetos a diseñar, sobre las que trabaja el ingeniero. En muchos casos estas representaciones son imágenes sintéticas del objeto a diseñar (una pieza mecánica, una botella, la carrocería de un coche). En estos casos el modelo geométrico debe describir la geometría del objeto de la forma más precisa posible. No obstante, en otras situaciones, la información sobre la que trabaja el ingeniero es un esquema del objeto (un circuito eléctrico, la planta de un edificio). En estos casos la información contenida en el modelo debe permitir generar el esquema, pero la geometría del esquema en si (por donde pasa línea que representa la conexión entre dos componentes) no es relevante. Hace que en determinadas ocasiones sea preferible que el modelo geométrico, o parte de este, se genere dinámicamente a partir del código. En este sentido hablaremos de modelos representados preceduralmente o mediante estructuras de datos.
  15. 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 15 Bach.: José LuisYanqui Parillo 4.2.7 Diseño geométrico Torres & Cano, (2008). Un modelo geométrico describe componentes con propiedades geométricas inherentes. Entre sus características destacan: su estructura espacial, la conectividad entre elementos, y las propiedades asociadas a componentes espaciales. 4.2.8 Estructuras de cascarones Merritt, Frederick (1984). Lo define como un cascarón estructural, una estructura con superficie curva. Por lo general es capaz de transmitir cargas en más de dos direcciones hacia los apoyos. Es de alta eficiencia estructural cuando tiene conformación, proporciones y apoyos de modo que transmita las cargas sin doblarse ni torcerse. Según sea la geometría de la superficie media, puede ser de tipo de domo, bóveda en cañón, cono o paraboloide hiperbólico. - Cúpula. Es un elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal, elíptica, mediante arcos de perfil semicircular, parabólico u ovoidal, rotados respecto de un punto central de simetría. 4.2.9 Heladas García V, Jerónimo (1994). El concepto de helada puede ser definido desde dos puntos de vista: Helada meteorológica: cuando el descenso de la temperatura es de 0°C ó menos. Helada agronómica: Cuando el descenso de la temperatura es capáz de causar daños a los tejidos vegetales, las cuáles resultan variables según las especies y variedades, el estado fisiológico y sanitario, edad, las características acompañantes del descenso térmico. Es decir, de otro modo, es cuando el descenso de la temperatura al abrigo no necesariamente es de 0°C o menos, sino una temperatura que afecta a los cultivos. Las heladas son un problema principalmente en las zonas andinas según la altitud, donde precisamente se ubica la región altiplánica, ocasionando la drástica reducción de los cultivos. V.- OBJETIVOS DEL ESTUDIO 5.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un colector y acumulador de energía solar, que permita acumular calor, para temperar un módulo de crianza de cuyes. 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Diseñar la geometría del colector y acumulador de energía solar, que permita acumular calor para temperar un módulo de crianza de cuyes. - Diseñar una estructura que permita distribuir las rocas volcánicas en volumen proporcional al calor al calor a almacenar. - Diseñar un circuito de flujo de aire que permita uniformizar la distribución de calor.
  16. 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 16 Bach.: José LuisYanqui Parillo VI HIPÓTESIS 6.1 HIPÓTESIS GENERAL La propuesta del diseño del colector y acumulador de energía solar permitirán acumular calor suficiente para temperar un módulo de crianza de cuyes. 6.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICA - El diseño geométrico del colector y acumulador solar permitirán ganar irradiación solar. - Las rocas volcánicas permitirán acumular calor dentro del acumulador solar. - El flujo de aire regulado permite uniformizar la distribución de calor. VII. UTILIDAD DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO En línea con la necesidad de contribuir a mejorar el clima en la producción de cuyes, diseñando una cúpula para calentamiento de aire y luego distribuirlo a los ambientes de los cuyes se requiere evaluar parámetros de diseño que ayuden a mejorar la eficiencia y el rendimiento en concentración de calor. Este diseño pretende acumular calor y almacenarlo por un tiempo determinado, esto dependerá de la radiación solar de nuestro medio, si el propósito del diseño es satisfactorio entonces esta tecnología será transferida a los productores de cuyes para que estas personas puedan asegurar su producción según los estándares de calidad que pide el mercado como: peso estándar (en serie), que el animal no esté propenso a enfermarse por efectos del frío, disminuir la tasa de mortalidad en crías y madres gestantes. Con esta investigación pretendemos resolver el problema de estandarizar el clima en el módulo de crianza de cuyes, como sabemos el clima en el altiplano es muy drástico en cuanto a la suba y baja de temperatura. VIII.- METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN En lo que respecta a la metodología a desarrollar aplico el método Deductivo; por cuánto mi proyecto de investigación es de tipo técnico enmarcado en las ciencias de la naturaleza. 8.1 OBTENCIÓN DE DATOS METEOROLÓGICOS Estos valores deben tomarse de la estación meteorológica Puno; la cual nos permitirá verificar en el mismo lugar las condiciones locales, como sombras de montañas, formación de neblinas locales, y otros que pueden variar en forma importante los resultados
  17. 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 17 Bach.: José LuisYanqui Parillo 8.1.1 Radiación Solar Se determinará mediciones directas con instrumentos como: Heliógrafos, Pirheliómetros, Piranómetros, albedómetro y Pirradiómetros Diferencial o Bilanmetro, para cada més, se extraerá la irradiancia y la irradiación, que nos cuantificará la cantidad de energía que podemos aprovechar, en forma de ondas electromagnéticas, procedentes del sol. Ics=1372[1+0.033 cos(2πn/365.25) ] Siendo: n = El día juliano Ics = Constante solar La radiación solar total sobre una superficie plana viene dada por: 𝐼 𝑇 = IB cosθ + 1 2 (1 + cosβ)ID + p 1 2 (1 − cosβ)IG Donde: p = Es la reflectividad hemisférica total del suelo circundante β = Es el ángulo de inclinación de la superficie respecto del plano horizontal. IG = Irradiancia solar global ID = Irradiancia solar difusa IB = Irradiancia solar directa 8.1.2 Temperatura Se realizará por medio del termómetro de máxima y el termómetro de mínima, para cada mes, se extraerá un dato mínimo y uno máximo para calcular el mes más frío y el más caluroso en nuestra zona de estudio, además permitirá ver el comportamiento de flujo de variaciones de temperaturas. 8.1.3 Viento Se hará uso de los datos registrados por un anemómetro el cual nos permitirá diseñar los aerocirculadores y conductores de aire. 8.1.4 Tratamiento de la información a.- Análisis de consistencia de la información Nos permitirá determinar los errores sistemáticos, la serie analizada deberá ser representativa y homogénea, cuándo más larga sea la serie mejor será la estimación de los valores que intervienen en el aprovechamiento térmico de la energía solar, para poder diseñar sistemas de calefacción solar. b.- Corrección de la información La misma imprecisión del comportamiento climático y de las características de microclima local que pueden existir en algunas ocasiones, hace necesario agregar factores de corrección adicionales. 8.2 CONSIDERACIONES GEOMÉTRICAS EN EL DISEÑO DE LA CUPULA Las ecuaciones que se determinarán es de una curva unicursal de 6º grado, llamada nefroide, que es una epicicloide con dos puntos de retroceso engendrada por la rodadura sin deslizamiento de una circunferencia de R/4 sobre otra circunferencia de radio R/2 concéntrica.
  18. 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 18 Bach.: José LuisYanqui Parillo 𝑅 2 𝑐𝑜𝑠𝛼(1 + 2𝑠𝑒𝑛2 𝛼) 𝑠𝑒𝑛2𝜙 − 𝑅𝑠𝑒𝑛3 𝛼 𝑐𝑜𝑠2𝜙 − 𝑅𝑠𝑒𝑛𝜙 = 0 A continuación se tiene algunos métodos respecto a consideraciones geométricas: 8.2.1 Fenómenos de coma Hemos supuesto, por simplificar, que la dirección de los rayos solares era paralela al eje principal del reflector esférico, con ajuste continuo del seguimiento del sol, de forma que siempre se cumple; 𝑛⃗ = 𝑠 . 8.2.2 Sistema S.R.T.A. El sistema SRTA, consiste en un reflector esférico fijo y un colector o receptor cilíndrico móvil, centrado y orientado en todo momento en la dirección del sol. 8.3 MATERIALES Y CONSTRUCCIÓN DEL DISEÑO 8.3.1 De los reflectores La construcción del reflector incluye una serie de problemas que hacen conveniente dividirle en dos partes: El revestimiento de la superficie reflectora y La estructura soporte y de orientación. Una cuestión muy importante radica en el hecho de que miles de aparatos prácticos de producción de energía solar que se han fabricado, vendido y usado en el mundo, se basan en los conceptos de placa plana y muy pocos en los sistemas de concentración de calor, el cuál es nuestro caso. 8.3.2 Del almacenamiento de calor Mediante la utilización de materiales como el guijarro, la toba y la cuarcita, se construirá la cúpula; se diseñará pequeños contenedores construidos de mallas de acero galvanizado, en los cuáles se depositarán el lecho de rocas (guijarro, toba y cuarcita), ligeramente compactado con cámaras de aire que permitan la libre circulación de caudales de aire; conectados con tubos de arcilla que permitirán hacer circular desde el almacenamiento hasta los espacios a calentar. 8.3.3 Determinación del coeficiente de transferencia de calor Para obtener el coeficiente de transferencia de calor utilizaremos la siguiente ecuación: ℎ𝑣 = 650 𝐺0,7 𝐷 En la que: hv = Es el coeficiente de transferencia de calor en , W/m2ºC G = Es el gasto másico superficial en, Kg/m2seg. D = es el diámetro equivalente del guijarro en m., dado por. 𝐷 = √ 6 𝜋 3 ( 𝑉𝑜𝑙ú𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑢𝑖𝑗𝑎𝑟𝑟𝑜𝑠 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑢𝑖𝑗𝑎𝑟𝑟𝑜𝑠 ) Una vez conocido el coeficiente de transmisión de calor, procederemos a calcular la altura de techo de la cúpula que está en función del volumen del lecho de rocas y su coeficiente de transmisión calórica. 8.3.4 Diseño de la base de la Cúpula
  19. 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 19 Bach.: José LuisYanqui Parillo La base de la cúpula será de arquitectura hexagonal; en la cual se diseñan los espacios de alojamiento de los cuyes en 3 niveles con pozas de acuerdo a los diseños convencionales. Lo que se tomará en cuenta es que entre piso y piso existirán cámaras de aire caliente la que serán provistas por la zona de almacenamiento que está ubicado en el techo a ¾ de altura de la cúpula. Los materiales a utilizar en la construcción de los alojamientos de crianza de cuyes; usaremos adobe y para las cámaras de aire (entre el piso y techo de las pozas), piedra como la cuarcita u otro material de características de transmisibilidad de calor similares. 8.4 VARIABLES DE ESTUDIO Para el presente trabajo de investigación consideramos determinar un diseño experimental, teniendo como variables de estudio los siguientes: Variables independientes.- Irradiación solar (G), temperatura (T), coeficiente de transmisión térmica (Ct), y el tiempo (t). Variables intervinientes.- Flujo de caudal de aire (Faire) Variables dependientes.- Diseño de un colector solar para acumular calor: Geometría del acumulador solar (Gacs), Transferencia de calor (Tc), y aislación térmica (At). Diseño de un colector solar para acumular calor = f (G,T,Ct,t, Faire) 8.4.2 Operacionalización de variables “Diseño de un colector solar para acumular calor”, aplicado a temperar un módulo de crianza de cuyes en Paucarcolla-Puno. Definición conceptual.- El diseño implica un modelo geométrico estructurado no estandarizado que permite convertir la energía solar en calor, aplicado a equilibrar los efectos negativos de la temperatura ambiente del cuy. Cuadro Nº 07 Proceso de operacionalización de variables de investigación Dimensiones Indicadores Escala de medición - Modelo geométrico - Energía solar - Conversión de energía - Calor - Equilibrio - Ambiente - Transferencia y aislación térmica - Tiempo - Predeterminar - Cantidad de irradiación solar. - Nº y tipo de colectores solares - Grado de temperatura - Temperatura - Confort - Nº y tipo de rocas - Horas de sol - Ecuaciones diferenciales no lineales o no homogéneas. - Langley, Kcal/m2, Wh/m2, Kwh/m2, MJ/m2. - Und., rendimiento - ºC - ºC - ºC - Coeficiente de transmisibilidad térmica, W/m2ºC - H, min, seg. Fuente: Elaboración propia
  20. 20. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 20 Bach.: José LuisYanqui Parillo 8.5 POBLACIÓN Y MUESTRA 8.5.1 Población En el trabajo de investigación la población que se considera son colectores solares de aire y agua para acumular calor, existiendo en el mercado infinidad de modelos y construidos con materiales que cada fabricante diseña su propio modelo, variando el rendimiento energético. Existen diferentes tipos de colectores en función de la forma en que está dispuesto el absorbedor y los vidrios, entre los que destacan: Los colectores simples de circulación delantera, colector de placa intermedia, colector de placa intermedia con doble vidrio, colector de circulación trasera, colector de aire sin vidrio. 8.5.2 Muestra Para determinar el modelo del colector solar para acumular calor, se trabajará con lecho de rocas en cuánto a rendimientos energéticos de transmisión de calor, se determinará sus coeficientes de transmisión térmica. Para que la muestra sea representativa haremos uso de la siguiente expresión: 𝑛 = 𝑆2 𝑉2 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 Donde: n = tamaño de la muestra S2 = p(1-p) p = Probabilidad estimada el cuál (n) se ajusta si se conoce el tamaño de la población (N), entonces se tendrá: 𝑛 = 𝑛 (1+ 𝑛 𝑁 ) 8.6 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 8.6.1 Técnicas de recopilación de datos e información necesaria - Observación directa e indirecta - Ensayos de modelado gráfico. - Recopilación de datos en instituciones públicas y privadas - Diseño mediante softwares convencionales. (SIMEDIF), es un programa para el diseño y simulación del comportamiento térmico de edificios con acondicionamiento natural y calefacción, desarrollado en el INENCO (Instituto de Investigaciones en energía no convencional). 8.6.2 Instrumentos a utilizar en la recopilación de información - Muestreos y trabajos de campo - Cursos y capacitaciones - Entrevistas - Internet 8.6.3 Procedimientos para la recolección de datos - Recopilación de información existente - Procesamiento de la información obtenida - Extracción de la información existente - Estudio comparativo de los diseños convencionales y los no convencionales.
  21. 21. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 21 Bach.: José LuisYanqui Parillo - Realizar modelos geométricos para la construcción de la cúpula. - Análisis y diseño de las estructuras del colector solar - Análisis y diseño de los materiales a utilizarse en la construcción de los colectores solares. - Análisis y diseño de los materiales a utilizarse en la base de la cúpula. - Estudio económico de las tecnologías no convencionales. - Estudio de impacto ambiental - Elaboración de planos y detalles de los mismos. 8.7 PROCESAMIENTO, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE DATOS Para el presente trabajo de investigación se harán un análisis de regresión entre las medidas de flujo de aire al sistema del colector de lecho de guijarros. 8.7.1 Análisis de regresión Para comparar el rendimiento del colector de aire caliente, se utilizarán volúmenes de aire; (caudal continuo, caudal intermitente), en función de la temperatura. 𝑅𝑐 = 𝑅 𝑐𝑖 𝑅 ∗ 𝑐 Donde: Rc = Rendimiento del colector de aire caliente (%) Rci = Rendimiento medio del colector de aire (MJ/m2) R*c = Rendimiento máximo del colector de aire (MJ/m2) 𝐶𝑡 = 𝐶𝑡𝑖 𝐶𝑡𝑖 ∗ Donde: Ct = Coeficiente de transmisión térmica Cti = Coeficiente de transmisión del lecho de rocas Cti* = Coeficiente de transmisión máximo (%) IX. ÁMBITO DE ESTUDIO El ámbito de estudio se establecerá en el distrito de Paucarcolla-Región Puno. Ubicación política: Región : Puno Departamento : Puno Provincia : Puno Distrito : Paucarcolla Ubicación geográfica: Oeste : 70º03’25’’ Sur : 15º44’40’’ Altitud : 3870 msnm.
  22. 22. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 22 Bach.: José LuisYanqui Parillo X. RECURSOS 10.1 RECURSO HUMANO - Ejecutor - Director de tesis - Asesor de tesis: Apoyo de profesionales del área. 10.2 MATERIALES Y EQUIPOS 10.2.1 Materiales: - Papel Bond, Bulki. - Papel ocho oficios - Transparencias - Materiales de escritorio 10.2.2 Equipos y/o Herramientas - Heliógrafo - Anemómetro - Termómetro de mercurio - Termómetro digital (Sensores LM35) - Manómetro - Balanza - Flexómetro de 3 m - Libretas de Campo - Computadora, Impresora, Plotter 10.2.3 Servicios - Datos de SENAMHI - Dibujo de Planos - Impresión - Anillados
  23. 23. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 23 Bach.: José LuisYanqui Parillo 10.3 PRESUPUESTO DEL PROYECTO DE TESIS El presupuesto es elaborado según los requerimientos necesarios y utilizados hasta el momento, el cuál será sujeto a modificaciones presentadas al final del proyecto de investigación, el mismo que es autofinanciado por el tesista. Cuadro Nº 08 Costos del proyecto Nº Descripción Und. Cant. P. Unit. P. Total I. Materiales 1 Papel Bond A-4 Millar 10 26.00 260.00 2 Portaminas Und 3 1.50 4.50 3 Lapiceros Und 10 1.00 10.00 4 Cd. Und 60 60.00 60.00 5 Tinta para Impresora B/N Cartucho 5 25.00 125.00 6 Tinta para Impresora Color Cartucho 4 25.00 100.00 7 Útiles de escritorio Glb 1 500.00 500.00 8 Información Hidrometeorológica Glb 105 26.59 2791.95 9 Fotocopias Glb 500 0.10 50 .00 II. Equipos 1 PC Pentium IV HM 1 2000.00 2000.00 2 Impresora Epson Cx 5600 HM 1 380.00 380.00 III. Otros 1 Varios Glb 1 2000.00 2000.00 Total 8281.45 Fuente: Elaboración propia Nota: El presupuesto incluye solo gastos de diseño. XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
  24. 24. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 24 Bach.: José LuisYanqui Parillo Cuadro Nº 09 Propuesta de elaboración de cronograma N° ACTIVIDADES MESES 2009 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC 1 Propuesta de Tesis XX 2 Planteamiento del problema XX 3 Revisión Bibliográfica XXXX 4 Recopilación de información XXXX XXXX 5 Presentación del proyecto de tesis X 6 Revisión, subsanación y Dictamen del proyecto XX 7 Cálculos, análisis e interpretación de datos XXXX XXXX XXXX 8 Elaboración del Diseño XXXX XXXX 9 Redacción del borrador de tesis. XXXX 10 Presentación del borrador de tesis X 11 Levantamiento de observaciones XXXX 12 Sustentación y defensa de la tesis X Nota: Cada X es equivalente a una semana XII. BIBLIOGRAFIA Y OTRAS FUENTES DE INFORMACIÓN
  25. 25. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA-PUNO _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ Pág. 25 Bach.: José LuisYanqui Parillo 1. CALZADA B, José. “Métodos Estadísticos para la Investigación”. 5º Edición. Editorial Milagros. Lima-Perú, 1982. 644p. 2. CENSOLAR. “Sistemas de Aprovechamiento Térmico”. Centro de Estudios de la Energía Solar. Madrid – España, 2006. 244p. 3. Cruz M, Sandra. “Instalación de un Módulo de Crianza de Cuyes”. Expediente Técnico. Crucero, 2007. 70p. 4. Chauca Z, Lilia. “Producción de Cuyes”. Primera Edición. Instituto Nacional de Investigación Agraria. La Molina – Perú, 1997. 120p. 5. Fernández D, Pedro. “Procesos Termosolares en Baja, Media y Alta Temperatura”. Madrid – España, 2007. 244p. 6. Francois R. Jean & Guinebault Alain. “Calefacción Solar Para Regiones Frías”. Intermediate Technology Publications. ITDG-Perú, 1997. 112p. 7. García V, Jerónimo. “Principios Físicos de Climatología”. Ediciones UNALM Lima – Perú, 1994. 195p. 8. Hertz John. “Diseño Bioclimático en Arquitectura”. Lima-Perú. 1981. 109 p. 9. Huamán A. Luis Daniel. ”Metodología de la Investigación” (La Tesis Profesional). 2º Edición. Editorial Geornagea. Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, 2003. 216p. 10. INIA. “Metodologías de Investigación y Transferencia de Tecnología Agraria” Illpa-UE.-Puno, 2008. 20p. 11. KAJJAK CASTAÑEDA, Nancy. Avances de Investigación en crianza de cuyes en la Estación Experimental “SANTA ANA”. Ministerio de Agricultura. INIA- Huancayo-Perú, 2005. 23p. 12. Merritt S, Frederick. “Manual del Ingeniero Civil”. Vol-I. Edición.Editorial Mc GRAW-HILL. México, 1984. 516p. 13. Mottt, Robert. “Mecánica de Fluidos”. Editorial Mc. GRAW-HILL. 1997. 580p. 14. Nakamura M, Jorge. “Termodinámica Básica para Ingenieros”. Lima – Perú, 1977. 398p. 15. Oliveros D, Alfredo.” Tecnología Energética y Desarrollo”. 1º Edición. Auspiciado por CONCYTEC. Lima-Perú, 1990. 224p. 16. POZO, José Manuel. “Geometría para la Arquitectura”. T6 Ediciones S.L. Escuela Superior de Arquitectura. Universidad de Navarra. Pamplona-España, 2002. 71p. 17. Tarrillo O. Hugo. “Producción Comercial de Cuyes Alimentados con Forraje Verde Hidropónico”.Web:WWW.forrajehidropónico.com, 2008. 60p. 18. TORRES, J.C. “Diseño Asistido por Ordenador”. 4º curso Ing. Informática. ETS. Ingeniería Informática. Universidad de Granada-España, 2007. 20p. PAG.WEBs: Burga, E. (2005, 16 de diciembre). Efecto de la altura sobre el crecimiento y engorde del cobayo (home page). Consultado el día 17 de febrero del 2009 de la World Wide Web: http://www.perucuy.com/site/

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