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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
CARRERA INGENIERÍA MECÁNICA
E
C
T
PERFILDE TESIS.
Tema: ESTUDIO DE LA ENERGÍA SOLAR Y SU INCIDENCIA
EN EL APROVECHAMIENTO Y LA CONTAMINACIÓN
AMBIENTAL EN EL SECTOR HOTELERO DE LA PROVINCIA
DE TUNGURAHUA CIUDAD DE AMBATO.
Autor:
Carlos Omar Saquinga Ushiña.
Ambato – Ecuador
2011
CAPÍTULO I
1. El Problema.
1.1. Tema.
Estudio de la Energía Solar y su Incidencia en el Aprovechamiento y la
Contaminación Ambiental en el Sector Hotelero de la Provincia de
Tungurahua Ciudad de Ambato.
1.2. Planteamiento del Problema.
1.2.1. Contextualización del Problema.
A nivel mundial muchas son las empresas, industrias y personas que utilizan
agua caliente para sus diferentes actividades laborales y necesidades, en las
cuales se invierten grandes sumas de dinero, en la compra de combustibles,
los mismos que una vez combustionados provocan graves daños a la
naturaleza y medio ambiente. Tales daños son fáciles de notar en los países
desarrollados, ya que diariamente se están evacuando gases tóxicos
producto de la quema de los hidrocarburos a través de las chimeneas y
torres de las industrias hacia la atmosfera, incrementando así la
contaminación ambiental, varios hogares y personas de los países
desarrollados también contribuyen con esta contaminación, pues ellos
utilizan agua caliente para sus diferentes necesidades diarias, y para obtener
su objetivo se valen del uso de combustibles. Por tal motivo algunos países
ya cuentan con sistemas solares instalados para obtener energía limpia y
saludable, un claro ejemplo es una de las mayores Centrales Solares del
mundo está situada en los EEUU, en el desierto de Mojave, al sur de
1
California1. Posee unos doscientos espejos en forma de mariposa con alas
de seis metros de altura, que se extiende sobre 40 ha; esta genera alrededor
de 10MW de potencia los cuales son generados por una turbina impulsada
por vapor a quinientos grados centígrados.
En el Ecuador de conocimiento propio las industrias que más utilizan agua
caliente en sus labores diarias son las curtiembres, fábrica de lácteos,
lavadoras, entre otras. Las mismas que para tal finalidad utilizan
combustibles o energía eléctrica, que de una u otra forma vienen a destruir
nuestro ambiente. Hoy en día no solo en las industrias es utilizada el agua
caliente, sino también se utiliza en la calefacción de hogares, hospitales,
edificios, en la agricultura para secar granos, en molinos, en complejos
turísticos para calentar el agua de las piscinas, para generar energía
eléctrica en las centrales térmicas. Como se puede notar el agua caliente
sirve para distintos usos y todos los que la utilizan la calientan con la ayuda
de combustibles productos del petróleo, los mismos que alteran el entorno
del medio ambiente y trayendo consigo enfermedades a las personas, daños
a la naturaleza, etc.
En nuestro país en algunas provincias ya sean implementado o usan la
energía del sol para sus diferentes actividades, por ejemplo en el cantón
Zapotillo en el barrio Algodonal de la parroquia Paletillas con el aporte de
instituciones como el proyecto Cosv, en coordinación con la Universidad
Nacional de Loja, la Fundación Uriel y la Ilustre Municipalidad de Zapotillo,
inauguraron el primer sistema de agua potable que funciona a base de
energía solar beneficiando a numerosas familias de esta comunidad, y
disminuyendo así la Contaminación Ambiental.2
En nuestra provincia no es la excepción, aquí también se utiliza los
combustibles productos del petróleo en diferentes industrias, hogares,
1Revista Tecnologías y Alternativas 20102www.codeso.info/EnergíasRenovablesEcuador.
2
hospitales, etc. Para calentar el agua y por ende también se está
contaminando al ambiente, por tal motivo es necesario buscar nuevas
formas de energía que no alteren el medio ambiente, con esto se podrá
disminuir la demanda de los combustibles y reducir la contaminación que
generan las diferentes industrias. En los hogares también surge la necesidad
de mantener caliente sus casas y muchos utilizan calderas para este fin
cuando hay una escasez de combustibles no se puede realizarlo pues estas
funcionan o dependen principalmente de estos, de igual manera ocurre con
la energía eléctrica en época de estiaje además es un problema ya que su
costo es elevado por lo que las familias de bajo nivel económico no pueden
satisfacer su necesidad.
1.2.2. Análisis Crítico.
Con el aprovechamiento de la Energía Solar por medio de aparatos que
acumulen la misma, se obtendrá agua a bajas o altas temperaturas, la
misma que es de forma limpia y saludable, esta no afectara a la naturaleza
ni al medio ambiente. Las industrias podrán contar con una alternativa muy
viable de energía, la cual será gratuita y podrá ser aprovechada durante un
largo tiempo, la misma que será destinada al uso en diferentes industrias
como en curtiembres, fábrica de lácteos, lavadora de autos, e inclusive para
la generación de energía eléctrica.
Además de la utilización del agua caliente en las industrias, se tendrá la
posibilidad de brindar a las personas la oportunidad de mantener sus
hogares calientes con la implementación de sistemas de calefacción por
medio de energía solar, y no solo, los hogares también será posible
implementarla en hospitales, camales, en la agricultura, y así en un sin
número de aplicaciones la misma que será un energía limpia, sana, y
reducirá la contaminación ambiental.
3
Los aparatos no solo nos servirá para la obtención de agua caliente, también
será posible la utilización o aplicación en muchas áreas más como por
ejemplo la potabilización y purificación de la misma.
1.2.3. Prognosis.
De no aprovecharse la Energía Solar por medio de aparatos que acumulen
la misma, industrias, hogares, hospitales, agricultores, complejos turísticos,
etc. perderían la oportunidad de adquirir una energía limpia, económica,
saludable, además no se contribuiría a reducir la contaminación ambiental,
en la provincia. Puesto que la finalidad primordial de la presente
investigación, es presentar, información acerca del aprovechamiento de la
energía solar por medio de aparatos que acumulen la misma. En el
desarrollo del mismo, se presentarán datos acerca de la materia prima,
maquinaria y equipo, así como un sistema o proceso de producción de una
central solar. Tal medio de aprovechamiento no será puesto en práctica en
la provincia de no complementarse este presente proyecto y no se podrá dar
solución a los problemas suscitados.
1.2.4. Formulación del Problema.
¿El aprovechamiento de la Energía Solar reducirá la Contaminación
Ambiental en la provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato?
1.2.5. Preguntas Directrices.
¿En la actualidad cómo y en que magnitud se aprovecha la energía
solar?
¿Cuántos Hoteles en la provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato
utilizan agua caliente en sus procesos?
¿Cuál será el índice de reducción de la contaminación ambiental en la
provincia de Tungurahua Ciudad de Ambato?
4
¿Qué tipo de aparatos son los más económicos para aprovechar la
energía generada por el sol?
¿Qué temperaturas alcanzaremos con los aparatos acumuladores?
1.2.6. Delimitación del Problema.
1.2.6.1. De Contenido.
Ciencias de los Materiales.
Transferencia de Calor.
Tecnología Mecánica.
Energías Alternativas.
Medio Ambiente
Contaminación Ambiental.
1.2.6.2. Espacial.
Hoteles, Industrias, hogares, hospitales, en general todos aquellos que
utilizan agua caliente para sus diferentes actividades o necesidades en la
provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
1.2.6.3. Temporal.
La presente investigación se llevará a cabo durante los meses de Marzo y
Agosto del 2011.
1.3. Justificación.
La finalidad de la presente investigación, es para dar a conocer a las
diferentes familias e industrias de la provincia del Tungurahua, que utilizan
agua caliente, la oportunidad de obtener la misma por una vía más limpia y
económica. Para cumplir con esto se pone en consideración el proyecto que
5
comprende el Aprovechamiento de la Energía Solar, el mismo que vendrá a
reducir en gran medida el uso de combustibles fósiles, sólidos, gases, etc.
Además con esto minimizaremos el impacto y contaminación ambiental en
todos los lugares donde se asientan las industrias, mejorando así la calidad
de vida.
En todas las industrias que utilizan agua caliente para sus diferentes
actividades cotidianas será posible disminuir los gastos por consumo de
electricidad, combustibles entre otros, también ofrecer a todas las industrias
energía económica ya que por medio de los colectores solares se obtendrá
agua caliente la misma que será utilizada en curtiembres, fábrica de lácteos,
lavadoras de vehículos, complejos turísticos, e inclusive se tendrá la
posibilidad de la generación de vapor, pudiendo a partir de esto obtener
energía eléctrica para las mismas, todo esto generará mayores ingresos a
las industrias adquirientes.
Las diferentes familias también podrán optar por el calentamiento de sus
hogares y contar con agua caliente para satisfacer todas sus necesidades, la
misma que es saludable. Con el aprovechamiento de la energía solar no
afectamos al medio ambiente sino todo lo contrario surge como una
alternativa de generación de energía eléctrica sana, limpia y reductora en
gran parte del calentamiento global, que en estos últimos años ha venido
afectando a la humanidad entera.
Con el aprovechamiento apropiado de la energía solar, reduciremos la
emisión de gases que resulta de la combustión, en las industrias de todos
los combustibles que utilizan actualmente en la generación de vapor o agua
caliente, además se podrá encontrar muchas aplicaciones más para la
utilización de energía solar, como por ejemplo en la implementación de
sistemas de potabilización de agua potable, purificación, y
descontaminación.
6
1.4. Objetivos.
1.4.1. Objetivo General.
Estudiar el Colector Solar más económico para el aprovechamiento de la
Energía Solar en la provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
1.4.2. Objetivos Específicos.
Diagnosticar el colector solar más económico para el
aprovechamiento de la Energía Solar y reducción de la contaminación
ambiental en la provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
Analizar todos los aparatos disponibles para aprovechar la energía
solar y reducir la contaminación ambiental en la provincia del
Tungurahua Ciudad de Ambato.
Proponer un colector solar económico que facilite el aprovechamiento
de la energía solar y reducción de la contaminación ambiental en la
provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
7
CAPITULO II
2. Marco Teórico.
2.1. Antecedentes Investigativos.
Del proyecto realizado en Colombia en el año 2006,3 de una instalación solar
para calentamiento de agua de proceso aplicado a una industria de
curtiembre, se llegaron a las siguientes conclusiones de las cuales
mencionaremos las más importantes:
La energía solar térmica es una opción energética viable, técnica y
financieramente.
Con la reducción en el consumo del diesel, se logró reducir la
producción de gases contaminantes tales como: NOx, SOx, CO, CO2,
y material particulado.
Reducción en el consumo de recursos no renovables.
Energía solar es aprovechada en Cuenca el proyecto de colectores solares
"COINSOL".4 Consiste en la construcción de un aparato que almacena la luz
solar, que es utilizada para calentar agua, a la que denominan como
"sanitaria", del mismo se obtuvieron las siguientes conclusiones:
Este sistema es sustentable en nuestro medio, sin embargo, no es
accesible al bolsillo de todas las personas.
Una de las principales ventajas de utilizar esta energía es que pese a
que su adquisición e instalación resulta, el usuario no tendrá que
volverse a preocupar por pagar planillas mensuales de luz.
3Revista Energía y Computación Vol. 4 No. 2 Diciembre del 2006.4www.codeso.info/EnergíasRenovablesEcuador.
8
Los paneles solares no contaminan el ambiente ni consumen
combustibles, tienen larga vida útil (más de 25 años).
Incluye un bajo costo de operación con la garantía de que el sistema
funciona a largo plazo sin mayores costos o dependencias y no se
necesita la conexión a la red pública eléctrica.
Así podríamos anotar cientos de conclusiones más, que se obtuvieron de las
distintas investigaciones realizadas, pero todas llegan a las mismas que
anteriormente anotamos.
2.2. Fundamentación Filosófica.
El problema que estamos estudiando en la presente investigación, como es
eldeficiente aprovechamiento de la energía solar y su incidencia en
lacontaminación ambiental, no es solo una realidad nacional, es un problema
que afecta en gran parte a todos quienes habitamos en este planeta, por tal
motivo se ha visto la necesidad de desarrollar un dispositivo o aparato capaz
de calentar agua con una manera saludable y económica con el cual se
pueda minimizar el consumo de combustibles controlar la emisión de los
gases en las industrias y hogares a causa de la quema de los mismos.
2.3. Fundamentación legal.
En el Ecuador contamos con normas y estatutos que garantizan la calidad
del aire los mismos que los podemos encontrar en:
TULAs.
LIBRO VI Anexo 4. CALIDAD DEL AIRE.
La presente norma técnica es dictada bajo el amparo de la Ley de Gestión
Ambiental y del Reglamento a la Ley de Gestión Ambiental para la
Prevención y Control de la Contaminación Ambiental.
9
2.4. Red de Categorías Fundamentales.
2.4.1. Calor.
Transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre
diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es
energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una
zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y
reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga
constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un
objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.
2.4.2. Temperatura.
Se considera como la sensación de calor o frío al tocar una sustancia
depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el
calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible
comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es
imposible evaluar la magnitud absoluta de las temperaturas a partir de
reacciones subjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no sólo se
eleva su temperatura, con lo que proporciona una mayor sensación de calor,
sino que se producen alteraciones en varias propiedades físicas que se
pueden medir con precisión.
2.4.3. Transferencia de calor.
En física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a
distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o
conducción.5 Aunque estos tres procesos pueden tener lugar
simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine
sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared
de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola
situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por
5 CENGEL, Yunus. (2002). Transferencia de Calor. Mc Graw Hill. Madrid. España.
10
convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por
radiación.
2.4.3.1. Conducción.
Se considera como la transferencia de energía de las partículas más
energéticas a las menos energéticas de una sustancia debido a las
interacciones entre las mismas. El factor de proporcionalidad se denomina
conductividad térmica del material.
2.4.3.2. Conductividad térmica.
Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades
térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el
vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces
menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.
2.4.3.3. Convección.
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas,
es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento
transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado
convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado.
2.4.3.4. Radiación.
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y
la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en
contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío, por ejemplo la
radiación del sol a la tierra.
2.4.4. La Energía solar.
Es la energía que llega a la tierra en forma de radiación electromagnética
procedente del sol, donde es generada por un proceso de fusión nuclear en
virtud del cual cada segundo se funden millones de toneladas de hidrógeno
para formar helio.
11
La energía solar absorbida por la tierra durante un año es 10 veces más
grande que el total de fuentes fósiles, incluyendo las fuentes no
descubiertas, no explotadas y las no recuperables. Actualmente, la
investigación se centra en las siguientes líneas:
Aprovechamiento directo.- a través de procesos térmicos mediante
colectores e instalaciones de climatización.
Conversión de energía solar en electricidad.- a través de conversión térmica
a media y alta temperatura y conversión fotovoltaica. Gradientes térmicos
marinos, La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado
de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año,
de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede
recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.
2.4.4.1. Centrales Solares.
Una vez que se ha visto que es factible producir electricidad a partir de la
energía solar, el siguiente paso es la producción a escala adecuada. Solo
con aprovechar una mínima parte de los más de tres millones y medio de los
kilovatios hora anuales que llegan a nuestro planeta del sol se podría
prescindir de las actuales fuentes energéticas. Para lograr tal objetivo es
necesario la implementación o construcción de paneles solares, los cuales
acumularan la energía radiada por el sol, estos son de diversas formas y
cada uno es aplicado para diferentes usos.6
2.4.4.2. Calentadores Solares para agua.
La energía termal del sol puede ser utilizada para calentar agua a
temperaturas inferiores a los 100ºC o para la calefacción de ambientes. El
agua caliente para consumo doméstico ocupa el segundo puesto en el
consumo de energía de una vivienda típica. Las tecnologías solares termales
de bajas temperaturas, y en especial las tecnologías que no generan
electricidad se basan en los principios científicos del efecto invernadero para
6 Revista Energía y Computación Vol. 4 No. 2 Diciembre del 2006.
12
generar calor. La radiación electromagnética del sol, incluyendo la luz visible
e infrarroja, penetra dentro de un colector y es absorbida por alguna
superficie ubicada dentro del mismo. Una vez que la radiación es absorbida
por las superficies dentro del colector, la temperatura aumenta. Este
incremento en la temperatura puede ser utilizado para calentar agua, secar
comida y granos, desalinizar agua o cocinar comida.
Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por los
siguientes elementos:
Uno o más colectores para capturar la energía del sol.
Un tanque de almacenamiento.
Un sistema de circulación para mover el fluido entre los colectores y el
tanque de almacenamiento.
Un sistema de calefacción auxiliar.
Un sistema de control para regular la operación del sistema.
2.4.4.3. Colectores de Placa Plana.
Los colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y
utilizan el calor del sol para aumentar la temperatura del agua hasta
alrededor de los 70ºC.
Estos colectores consisten en una caja herméticamente cerrada con una
cubierta de vidrio algún otro material transparente. En su interior se ubica
una placa de absorción la cual está en contacto con unos tubos por los que
circula un líquido que transporta el calor. Existen un gran número de
diferentes configuraciones de los tubos internos en los colectores de placa
plana. Los colectores tradicionales, como los de serpentina o los de tubos
paralelos, consisten en varios tubos de cobre orientados en forma vertical
con respecto al colector y en contacto con una placa de color oscuro,
generalmente esta placa es metálica aunque que en algunos casos puede
ser de plástico o algún otro material.
13
En el caso de los colectores de tubos paralelos, se colocan tubos de mayor
sección en la parte inferior y superior, para asistir a la extracción de agua
caliente y al ingreso de agua fría para su calefacción. La placa de absorción
es aislada de la pared exterior con material aislante para evitar pérdidas de
calor. En los últimos años se han desarrollado platos compuestos de
superficies de absorción selectiva, hechos de materiales con fuerte
absorción de la radiación electromagnética y baja emisión.
2.4.4.4. Colectores de tubo de vacío.
Los colectores de tubo de vació se encuentran entre los tipos de colectores
solares más eficientes y más costosos. Estos colectores se aprovechan al
máximo en aplicaciones que requieren temperaturas moderadas, entre 50 ºC
y 95 ºC, y/o en climas muy fríos.
2.4.4.5. Aplicaciones de los Colectores Solares
Los usos que se les pueden dar a los colectores solares son principalmente
estos cuatro:
Como sistema complementario en el hogar,
Para calentar aguas de piscinas,
Para calefacción,
Para precalentamiento de agua para usos industriales.
2.4.4.6. Principio de Funcionamiento.
Funcionan básicamente por la radiación solar, los colectores actúan como
una trampa de calor, en cuya cámara se alcanzan temperaturas de hasta
180ºc. Al circular agua por tuberías de cobre a través de esta cámara, el
agua es calentada y depositada en él termo tanque, para ser utilizada en
cualquier hora del día o de la noche.
Las instalaciones para la producción de agua caliente, en general se pude
clasificar en:
14
2.4.4.6.1. Circuito abierto.- Aquí el agua que circula por los colectores es
usada directamente para consumo. No dispone de intercambiador y su uso
está condicionado fundamentalmente poa la calidad del agua y el tipo de
colector.
2.4.4.6.2. Circuito por termosifón.- Se basa en el aprovechamiento de las
corrientes de convección, carece de bombas de circulación y su regulación
correspondiente, es más económico y su instalación resulta sencilla trabaja
tanto con circuito abierto o cerrado.
2.4.4.6.3. Circuito forzado.- Requieren el acoplamiento de tres subsistemas
principales:
Subsistema colector, tiene como función captar la energía del sol.
Subsistema de almacenamiento, cuya finalidad es adaptar en el
tiempo la disponibilidad de energía y la demanda, acumulándola
cuando está disponible y así poder cumplir en cualquier momento.
Subsistema de distribución o consumo, traslada a los centros de
consumo el agua caliente requerida.
2.4.5. Medio ambiente.
Conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y bióticos
(organismos vivos) que integran la delgada capa de la Tierra llamada
biosfera, sustento y hogar de los seres vivos.
2.4.5.1. Contaminación Ambiental.
Impregnación del aire, el agua o el suelo con productos que afectan a la
salud del hombre, la calidad de vida o el funcionamiento natural de los
ecosistemas. Sobre la contaminación de la atmósfera por emisiones
industriales, incineradoras, motores de combustión interna y otras fuentes, la
contaminación del agua, los ríos, los lagos y los mares por residuos
domésticos, urbanos, nucleares e industriales, estos pueden poner en
peligro la salud de los seres humanos y producir daños en las plantas y los
animales, atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores
desagradables.
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Aplicaciones.
Principio de Funcionamiento.
Materiales de construcción.
Aparatos disponibles.
Aprovechamiento de la Energía Solar.
Formas de Reducción.
Contaminantes.
Medios de Contaminación.
Medio Ambiente.
Contaminación Ambiental.
VARIABLE INDEPENDIENTE. VARIABLE DEPENDIENTE.
2.4.5.1.2. Contaminantes.
La combustión de carbón, petróleo y gasolina es el origen de buena parte de
los contaminantes atmosféricos. Más de un 80% del dióxido de azufre, un
50% de los óxidos de nitrógeno, y de un 30 a un 40% de las partículas en
suspensión emitidos a la atmósfera en Estados Unidos proceden de las
centrales eléctricas que queman combustibles fósiles, las calderas
industriales y las calefacciones. Un 80% del monóxido de carbono y un 40%
de los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos emitidos proceden de la
combustión de la gasolina y el gasóleo en los motores de los coches y
camiones. Otras importantes fuentes de contaminación son la siderurgia y
las acerías, las fundiciones de cinc, plomo y cobre, las incineradoras
municipales, las refinerías de petróleo, las fábricas de cemento y las fábricas
de ácido nítrico y sulfúrico.
2.5. Categorías Fundamentales.
16
2.6. Hipótesis.
El Aprovechamiento de la Energía Solar por medio de un Colector Solar de
Placa Plana es el más económico para la reducción de la Contaminación
Ambiental en la provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
2.6.1. Unidades de Observación o de Análisis.
TABLA Nº1: Población que usa agua caliente en sus procesos en la
provincia de Tungurahua Ciudad de Ambato.
Industrias y empresas que usan agua caliente en sus
procesos y servicios. 70
Familias de la clase media popular. 30
Otros. 20
TOTAL: 120
2.6.2. Señalamiento de las Variables.
Variable Independiente.- Aprovechamiento de la Energía Solar por medio
de un Colector Solar de Placa Plana en el Sector Hotelero.
Variable dependiente.- Reducción de la Contaminación Ambiental en la
provincia del Tungurahua Ciudad de Ambato.
2.6.3. Término de relación.
Medio para aprovechar la energía solar Colector Solar de Placa Plana.
17
CAPÍTULO III
3. Metodología.
3.1. Enfoque.
En el presente trabajo de investigación se tiene un alto predominio de lo
cuantitativo y cualitativo, ya que en el desarrollo de la misma nos
encontraremos con diferentes datos numéricos los cuales serán
cuantificados y calificados según su grado de importancia, con esto
podremos analizar la demanda, oferta, precios, etc.
3.2. Modalidad y Tipo de Investigación.
3.2.1. Modalidad.
Exploratoria.- El presente trabajo de investigación es exploratorio ya que se
la realizará para obtener un conocimiento previo acerca del problema
planteado, para luego realizar una posterior más profunda.
Descriptiva.- El trabajo de investigación tiene modalidad descriptiva ya que
el objetivo central de esta es la descripción del problema planteado.
Explicativa.- Tiene esta modalidad ya que explica los fenómenos y el
estudio de sus relaciones para conocer su estructura y los aspectos que
intervienen en su dinámica.
Cuantitativo.-Por que se fundamenta en los aspectos observables y
susceptibles de cuantificar. Utiliza el método empírico-analítico, y se vale de
la estadística para el análisis de los datos.
18
3.2.2. Tipo.
Exploratorio.- La investigación será de este tipo ya que obtendremos un
conocimiento previo del problema, para luego estudiarlo profundamente.
Descriptiva.- Es descriptiva ya que se estudia los fenómenos tal como
aparecen en el presente, al momento de realizar la investigación.
Explicativa.- Tiene este tipo ya que explica los fenómenos y sus relaciones
para conocer así su estructura y los aspectos.
Experimental.- En el presente trabajo se puede introducir cambios
deliberados y así observar los cambios producidos.
Histórica.- Tiene este tipo por que se estudia fenómenos relacionados con
el problema ocurridos en el pasado, reconstruyendo los acontecimientos y
explicando su desarrollo.
3.3. Población y Muestra.
3.3.1. Población o Universo.
En la presente investigación la población o universo (N), está comprendida
por todas aquellas industrias (curtiembres, pasteurizadoras, lavadoras, etc.),
empresas (hoteles, restaurantes, hospitales, complejos turísticos, etc.),
familias entre otras, que utilizan agua caliente para sus diferentes
actividades diarias estas a su vez suman:
TABLA Nº 2. Población o Universo. Ciudad de Ambato.
Industrias 30
Empresas 40
Familias y otros 50
TOTAL: 120
19
3.3.2. Muestra.
Población o Universo (m): 120
Error admisible (l): 5%
Tamaño de la muestra (n): 92
n= m
l2 (m−1 )+1
n= 120
0.052 (120−1 )+1
n=92.48∴n=92
3.3.2.1. Tipo de Muestra.
En el presente trabajo de investigación la muestra utilizada es del tipo
Muestreo Estratificado Proporcional, por la razón de tener la población del
trabajo de investigación dividido en estratos. Así determinaremos el número
que representará a cada estrato en proporción directa al número de
integrantes que tiene cada grupo o estrato en el universo, el mismo que está
conformado o asciende a 120.
Tamaño de la muestra con el 5% de error: n= 92
Calculo de la fracción muestral:
f= nN
f= 92120
f=0.767
Industrias :30×0.767=23..01≫aproximadamente :23
Empresas : 40×0.767=30.68≫aproximadamente :31
Familias y otros :50×0.767=38.35≫aproximadamente :38
n=92
∴n=23+31+38=92
20
3.4. Operacionalización de Variables.
3.4.1. Variable Independiente.
Aprovechamiento de la Energía Solar por medio de un Colector Solar de
Placa Plana.
LO ABSTRACTO LO OPERATIVO
CONCEPTUALIZACIÓ
NDIMENSIONES INDICACIONES ITEMS
TÉCNICA E
INSTRUMENTOS
Los colectores solares son sofisticados invernaderos que atrapan y utilizan el calor del sol para aumentar la temperatura del agua hasta alrededor de los 70ºC.Estos colectores consisten en una caja herméticamente cerrada con una cubierta de vidrio algún otro material transparente. En su interior se ubica una placa de absorción la cual está en contacto con unos tubos por los que circula un líquido que transporta el calor.Funcionan básicamente por la radiación solar, actúan como una trampa de calor, en cuya cámara se alcanzan temperaturas de hasta 180ºc. Al circular agua por tuberías de cobre a través de esta cámara, el agua es calentada
Colectores
de Placa
Plana.
Colectores
de tubo de
vacío.
Radiación
solar.
Conductividad
Térmica.
Propiedades
de los
materiales.
¿Cuál es la
temporada más
soleada en la
provincia del
Tungurahua?
¿La conducción
de los
materiales
depende
fundamentalmen
te de la
conductividad
térmica?
¿Los materiales
se diferencian
uno de otro por
tener distintas
propiedades?
Observación
directa:
Fichas
Nemotécnicas
.
Encuesta:
cuestionario.
Observación
de
Laboratorio:
Registros
Específicos.
21
3.4.2. Variable Dependiente.
Reducción de la Contaminación Ambiental en la provincia del Tungurahua
Ciudad de Ambato.
LO ABSTRACTO LO OPERATIVO
CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICACIONES ITEMS
TÉCNICA E
INSTRUMENTO
S
Medio ambiente: conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y bióticos (organismos vivos) que integran la delgada capa de la Tierra llamada biosfera, sustento y hogar de los seres vivos.Contaminación Ambiental:Impregnación del aire, el agua o el suelo con productos que afectan a la salud del hombre, la calidad de vida o el funcionamiento natural de los ecosistemas. Sobre la contaminación de la atmósfera por emisiones industriales, incineradoras, motores de combustión interna y otras fuentes, la contaminación del agua, los ríos, los lagos y los mares por residuos domésticos, urbanos, nucleares e industriales, estos pueden poner en peligro la salud de los seres humanos y producir daños en las plantas y los animales.
Medio
Ambiente.
Contaminació
n Ambiental.
Salud
Humana.
Ecosistema.
Elementos
abióticos y
bióticos.
Contaminación
de suelos,
agua, aire.
Calidad del
aire.
Contaminantes
.
¿Cómo es el
entorno
ambiental de
la Provincia
del
Tungurahua?
¿Existe un
alto nivel de
contaminació
n en la
provincia?
¿Hay control
y
cumplimiento
de las normas
ambientales
en la
provincia?
¿Lista de
contaminante
s permitidos?
Observación
directa: Ficha
Nemotécnica.
Encuesta:
cuestionario.
Entrevista:
Cuaderno de
Notas.
22
3.5. Técnicas de Recolección de la Información.
Para la recolección de la información del presente trabajo de investigación
se utilizó las siguientes técnicas e instrumentos:
Observación Directa en Laboratorios.- Aquí la información se obtiene a
través de la observación, es decir, formando parte del grupo estudiado.
Instrumentos utilizados cuadernos de notas, fichas nemotécnicas, registros
específicos, fichas de campo.
Entrevista.- La información se obtiene por medio de la conversación entre
personas. Utiliza como instrumento el cuestionario.
Encuesta.-Conjunto de preguntas tipificadas dirigidas a una muestra
representativa, para averiguar estados de opinión o diversas cuestiones de
hecho. Utilizando como instrumento el cuestionario (Anexo 1).
3.6. Procesamiento y Análisis de la Información.
3.6.1. Plan de Procesamiento de la Información.
Revisión Crítica de la Información recogida.
Tabulación de cuadros según las variables de la Hipótesis:
Cuadros de una variable.
Cuadros con cruce de variables.
Porcentuar: Obtener la relación porcentual con respecto al total.
Con el porcentaje y los resultados numéricos se estructura el cuadro
de los resultados que sirve de base para la graficación.
Graficar, representar los resultados mediante gráficos estadísticos.
Estudio Estadístico de datos para la presentación de resultados.
Analizar e Interpretar los resultados relacionándolos con los objetivos
y la hipótesis.
23
3.6.2. Análisis e Interpretación de Resultados.
3.6.2.1. Análisis de Resultados.
Estadísticos destacando la tendencia de acuerdo a los objetivos e
hipótesis.
Comprobación de la Hipótesis (Estadísticamente).
3.6.2.2. Interpretación de Resultados.
Interpretación de resultados con el apoyo del Marco Teórico.
Establecimiento de Conclusiones y Recomendaciones.
24
CAPÍTULO IV
4. Marco Administrativo.
4.1. Recursos.
4.1.1. Recursos Institucionales.
Para el desarrollo del presente trabajo de investigación no se cuenta con
ningún tipo de apoyo por parte de alguna institución pública o privada. La
construcción del proyecto se lo realizará en un taller privado de la ciudad, de
igual manera en el aspecto bibliográfico e investigativo.
4.1.2. Recursos Humanos.
En el presente trabajo de investigación se contara con la ayuda de
profesionales quienes guiaran y controlaran la elaboración, presentación
correcta del mismo (Anexo 3), para tal finalidad el apoyo es brindado por
parte de:
1 Asesor/Tutor.
1 Estadístico.
1 Soldador calificado.
1 Ayudante.
4.1.3. Recursos Materiales.
Para la elaboración, presentación, del trabajo de investigación, y para el
diseño y construcción del proyecto mencionado se requerirá de los
siguientes equipos y materiales (Anexo 4):
25
Computador.
Material de oficina.
Material bibliográfico.
Material Técnico a emplearse.
Suministros.
Para la construcción del proyecto se necesitarán los siguientes materiales y
herramientas (Anexo 5):
32 Tubos de cobre de ½”×2m.
4 Tablas de madera de 1”.
1 Plancha lisa de Zinc de 1×2 m.
1 Angulo de 1½”×1½” 1 m.
1 Conector de cobre de 1" macho.
1 Neoperno esponjado.
1Tanque de fierro de 200 ltrs.
1 Llave para salida de agua.
1 Llave de paso.
2 Aislantes plumavit de 1×2.10 m.
Soladura-Gas Butano.
4.1.4. Recursos Económicos.
4.1.4.1. Presupuesto.
RUBROS DE GASTOS $ VALOR
Personal de Apoyo 600
Adquisición de Equipos 540
Adquisición de Materiales 748.3
Imprevistos 188.83
TOTAL: 2077.13dólares.
Aporte del Investigador: 500 dólares.
4.1.4.2. Financiamiento.
26
En la actualidad existen alternativas de financiamiento como aporte al
desarrollo socio-económico de la pequeña y mediana industria, así también
el IECE ofrece créditos para la realización de proyectos estudiantiles, por tal
motivo se ha visto en la necesidad de solicitar un crédito para cubrir los
gastos menos el aporte por parte del investigador, el mismo que asciende a
1577.13 dólares.
La cantidad antes mencionada se la conseguirá a crédito obtenido del IECE,
el mismo que se lo pagara a un plazo de 4 años, las mismas que serán
prorrogadas en caso de no contar con la cuota.
27
4.2. Cronograma de Actividades.
Año 2011.
MESES MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO
ACTIVIDADES SEMANAS 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Elaboración del Proyecto
Aprobación del Proyecto
Marco Teórico
Instrumentos de Recolección de la Información
Recolección de Información
Procesamiento de Datos
Análisis de Resultados
Conclusiones y Recomendaciones
Formulación de la Propuesta
Redacción del Informe
Correcciones
Transcripción del informe Final
Presentación del Informe
Defensa
4.3. Bibliografía.
CENGEL, Yunus. (2000). Termodinámica. Mc Graw Hill. Madrid.
España.
CENGEL, Yunus. (2002). Transferencia de Calor. Mc Graw Hill.
Madrid. España.
HERRERA. MEDINA. NARANJO. Tutoría de la Investigación
Científica. Edinnor. Ambato. Ecuador.
JARAMILLO, Andrés. (2006). Diseño de Instalación Solar Industrial
con Optimización de Estratificación Térmica. Bogotá. Colombia.
MARTÍNEZ, Julio (2000). Colector Solar Plano con Tecnología
Heat-Pipe.Kalner. Valencia. España.
MARTÍN, Ricardo. (2001). ManualPráctico de Electricidad y
Electrónica. MMVI. Madrid. España.
Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria, TULAs. Libro
VI y sus Anexos.
Página Web, Super Intendencia de Compañías del Ecuador.
www.codeso.info/EnergíasRenovablesEcuador.
www.codeso.info/EnergiaSolar1.
www.macingenieria.cl/manual de fabricación/panel termo solar.
www.termosifon.org/EmpresasEcuador/TermoSifon_AhorroEnergía
4.4. Anexos.
4.4.1. Anexo 1.
ENCUESTA
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
La presente encuesta tiene la finalidad de determinar con veracidad el nivel
de utilidad de agua caliente por parte de las diferentes empresas, industrias
y hogares en la provincia del Tungurahua.
Se le pide contestar con la mayor sinceridad y veracidad del caso, ya que
esta encuesta es reservada y servirá como patrón para determinar las
debilidades y fortalezas en el presente problema.
MARQUE CON UNA X LA RESPUESTA CORRECTA
1. ¿Qué opinión tiene usted sobre la utilización de agua caliente?
Excelente ________
Muy Buena ________
Buena ________
Regular ________
Insuficiente ________
2. Al utilizar agua caliente sus procesos mejoran
Si ________
No ________
3. Le gustaría tener un ahorro notable de energía con un colector solar
Si ________
No ________
GRACIAS
1
4.4.2. Anexo 3.
Recursos Humanos:
CARGO $ VALOR
1 Asesor/Tutor. 160
1 Estadístico 160
1 Soldador 180
1 Ayudante 100
TOTAL: 600 dólares
4.4.3. Anexo 4.
Recursos Materiales:
DENOMINACIÓN $ VALOR
Computador 400
Material de oficina 20
Material Bibliográfico 50
Material Técnico a emplearse 50
Suministros 20
TOTAL: 540 dólares
4.4.4. Anexo 5.
Materiales:
CA
NT
ID
AD ARTÍCULO
VALOR
UNITARIO $
VALOR
TOTAL $
32 Tubo de Cu de ½”×2m 7.50 c/metro 480.00
4 Tablas de madera de 1” 3.00 12.00
1 Plancha lisa de Zinc de 1×2 m 6.50 6.50
1 Angulo de 1½”×1½” 1 m. 5.00 5.00
1 Conector de cobre de 1" macho. 9.00 9.00
1 Neoperno esponjado. 6.80 6.80
1 Tanque de fierro de 200 ltrs. 200.00 200.00
1 Llave para salida de agua. 4.00 4.00
1 Llave de paso. 4.00 4.00
2 Aislantes plumavit de 1×2.10 m. 3.25 6.50
1 Soladura-Gas Butano. 14.50 14.50
TOTAL: 748.3
2
