Propuesta de construcción de una vivienda modular rural

Propuesta de construcción de una viviendamodular rural con instalaciones sostenibles

en el distrito de Sondorillo – Piura

Item Type info:eu-repo/semantics/bachelorThesis

Authors Ccorisapra Casavilca, André Giomar; Mora Cassiano, JonathanEduardo

Publisher Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)

Rights info:eu-repo/semantics/openAccess; Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International

Download date 25/06/2022 03:00:05

Item License http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

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http://hdl.handle.net/10757/628040

UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL

PROPUESTA DE CONSTRUCCIÓN DE UNA VIVIENDA MODULAR

RURAL CON INSTALACIONES SOSTENIBLES EN EL DISTRITO

DE SONDORILLO – PIURA

TESIS

Para optar el título profesional de Ingeniero Civil

AUTORES

CCORISAPRA CASAVILCA, ANDRÉ GIOMAR (0000-0002-6952-2478)

MORA CASSIANO, JONATHAN EDUARDO (0000-0003-2787-4587)

ASESOR

HUERTA CAMPOS, CARLOS ALBERTO (0000-0003-3758-3126)

Lima, 21 de octubre de 2019

II

AGRADECIMIENTOS

A Dios por iluminar nuestros caminos. A nuestros padres y familiares por su apoyo

incondicional en todo momento. A nuestros profesores por el apoyo alentador y por su

valiosa orientación en el desarrollo de la presente investigación.

III

RESUMEN

El presente trabajo de investigación es parte de un proyecto de construcción de una

vivienda rural modular con instalaciones sostenibles basadas en la realidad de la Provincia

de Huancabamba, distrito de Sondorillo, Piura. El aporte del presente trabajo está

sustentado en el tratamiento de data confiable y existente del lugar en estudio para

determinar la oferta de los recursos renovables de mayor predominancia, como es el

recurso solar, eólico y agua de lluvia; con la finalidad de realizar el diseño de las

instalaciones eléctricas y sanitarias de la vivienda modular propuesta teniendo en cuenta la

realidad de sus necesidades que ellos demandan.

La presente tesis se realizó en base a la metodología de análisis con información de

diferentes fuentes e investigaciones a fines. Con ello, se realiza el tratamiento y análisis de

la data existente tomando como base data proporcionada en la página oficial de la NASA,

SENAMHI y la ANA. Se determinó la estimación de la energía solar global mediante el

método de Bristow – Campbell, resultando un valor rentable de 4.98 kW/m2. El valor

promedio de velocidad de viento del lugar se realizó mediante la distribución de Weilbull,

resultando un valor de 6.32 m/s a una altura de 6 m. Asimismo, se desarrolla la propuesta

de captación de agua de lluvia para ser derivada solo al inodoro de la vivienda, donde las

aguas domésticas serán tratadas por medio de un biodigestor de 600 L de capacidad,

obteniendo con ello una mejor calidad del servicio higiénico para el poblador en la zona

rural.

Los resultados fueron aprovechados para realizar el diseño de las instalaciones eléctricas y

sanitarias, donde se determinó que mediante la demanda eléctrica de la vivienda es

necesario contar con solo 1 panel solar de 150 Wp para abastecer a todos los aparatos

eléctricos. Asimismo, se evidencia que el aerogenerador puede abastecer hasta 11

viviendas con la demanda eléctrica calculada. Por lo que se concluye, que a pesar que el

lugar en estudio cuenta con una notoria carencia de los servicios de luz, agua y desagüe,

queda sustentado que son afortunados por contar con recursos renovables altamente viables

para su aprovechamiento e inversión.

Palabras claves: Estimación de la energía solar, radiación solar global en Sondorillo,

velocidad de viento promedio, aprovechamiento del agua de lluvia, diseño de instalaciones

sostenibles de una vivienda rural.

IV

ABSTRACT

The present research is part of a construction project of a modular rural housing with

sustainable installations based on the reality of the Province of Huancabamba, district of

Sondorillo, Piura. The contribution of this work is based on the treatment of reliable and

existing data from the place under study to determine the supply of renewable resources of

greater predominance, such as solar, wind and rainwater resources; with the purpose of

carrying out the design of the electrical and sanitary installations of the modular housing

proposed taking into account the reality of their needs that they demand.

The present thesis was carried out based on the analysis methodology with information

from different sources such as research at ends. With this, the treatment and analysis of the

existing data is done taking as a base data provided in the official page of NASA,

SENAMHI and the ANA. The estimation of global solar energy was determined by the

Bristow - Campbell method, resulting in a profitable value of 4.98 kW/m2. The average

value of wind speed of the place was made by the distribution of Weilbull, resulting in a

value of 6.32 m/s at a height of 6 m. Also, the rainwater collection proposal is developed to

be derived only to the toilet of the house where it will be treated by means of a biodigester

of 600 L of capacity, obtaining with it a better quality of the hygienic service for the

resident in the rural area.

The results were used to design the electrical and sanitary installations, where it was

determined that by means of the electrical demand of the house it is necessary to have only

one solar panel of 150 Wp to supply all the electrical appliances. Likewise, it is evident

that the wind turbine can supply up to 11 homes with the calculated electrical demand. So

it is concluded that despite the fact that the place under study has a notorious lack of

electricity, water and sewage services, it is supported that they are fortunate to have highly

viable renewable resources for their use and investment.

Keywords: Estimation of solar energy, global solar radiation in Sondorillo, average wind

speed, use of rainwater, design of sustainable installations of a rural house.

V

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ........................................................................................................................ III

ABSTRACT ...................................................................................................................... IV

1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

1.1 Justificación .......................................................................................................... 2

1.1.1 Antecedentes .................................................................................................. 2

1.1.2 Realidad Problemática ................................................................................... 8

1.2 Formulación del Problema .................................................................................. 15

1.3 Hipótesis General del Trabajo ............................................................................ 15

1.4 Objetivos ............................................................................................................. 15

1.4.1. Objetivo General.......................................................................................... 15

1.4.2. Objetivos Específicos .................................................................................. 15

1.5. Alcances y Limitación del Problema .................................................................. 16

1.6. Estado de arte ...................................................................................................... 16

2 MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................. 19

2.1 Marco Conceptual ............................................................................................... 19

2.1.1 Definición de Términos ............................................................................... 19

2.2 Marco Teórico ..................................................................................................... 20

2.2.1 Energía Solar ............................................................................................... 20

2.2.1.1 Recurso Solar ........................................................................................... 20

2.2.1.1.1 Radiación Solar .................................................................................. 20

2.2.1.1.2 Factor de corrección de la orbita ........................................................ 22

2.2.1.1.3 Posición del Sol relativa a superficies horizontales ........................... 24

2.2.1.1.4 Calculo de la Radiacion Solar Extraterrestre sobre superficie horizontal

............................................................................................................ 24

VI

2.2.1.1.5 Método empírico para estimar la Radiación Solar Global ................. 25

2.2.1.2 Paneles Fotovoltaicos .............................................................................. 27

2.2.1.2.1 Instalaciones aisladas de la red........................................................... 27

2.2.1.2.2 Instalaciones con conexión a la red .................................................... 28

2.2.1.2.3 Instalaciones Híbridas ........................................................................ 29

2.2.1.3 Potencia Generada en Paneles Solares .................................................... 30

2.2.1.3.1 Efecto de la orientación e inclinación del panel ................................. 30

2.2.1.3.2 Calculo de cantidad de paneles .......................................................... 31

2.2.2 Energía Eólica.............................................................................................. 31

2.2.2.1 Recurso Eólico ......................................................................................... 31

2.2.2.1.1 Aprovechamiento del viento .............................................................. 32

2.2.2.1.2 Velocidad del viento........................................................................... 32

2.2.2.1.3 Generadores Eólicos Horizontales ..................................................... 33

2.2.2.1.4 Máquinas Con Rotor a Barlovento (Avilio, 2014) ............................. 33

2.2.2.1.5 Máquinas Con Rotor a Sotavento (Avilio, 2014) ............................... 34

2.2.2.1.6 Aerogenerador Tripala (Avilio, 2014) ............................................... 35

2.2.2.2 Método estadístico para medición del recurso Eólico ............................. 37

2.2.2.2.1 Distribución de Weibull ..................................................................... 37

2.2.3 Aprovechamiento del agua de lluvia ........................................................... 39

2.2.3.1 Precipitaciones ......................................................................................... 39

2.2.3.1.1 Completamiento de datos de precipitación ........................................ 39

2.2.3.1.2 Análisis de consistencia ..................................................................... 40

2.2.3.1.3 Captación ............................................................................................ 42

2.2.3.1.4 Recolección y conducción .................................................................. 42

2.2.3.1.5 Interceptores ....................................................................................... 43

2.2.3.1.6 Almacenamiento................................................................................. 43

2.3. Marco Normativo .............................................................................................. 45

VII

3 CAPÍTULO II: DESARROLLO DEL TRABAJO DE TESIS ................................. 46

3.1 Descripción de la Zona de Estudio .................................................................... 46

3.1.1. Análisis de los Aspectos Demográficos y Sociales ..................................... 46

3.1.1.1. Composición de la Población .................................................................. 46

3.1.1.2. Distribución por Centros Poblados, Caseríos y Anexos .......................... 48

3.1.1.3. Cobertura y distribución del servicio de saneamiento y electrificación .. 49

3.2 Descripción de la Vivienda................................................................................ 50

3.2.1 Determinación de las necesidades de la vivienda ........................................ 50

3.2.2 Análisis de los Recursos Naturales .............................................................. 51

3.2.2.1 Precipitación Pluvial ................................................................................ 51

3.2.2.1.1 Red de Estaciones............................................................................... 51

3.2.2.1.2 Recolección y Selección Datos de Precipitación ............................... 53

3.2.2.1.3 Análisis de consistencia ..................................................................... 74

3.2.2.1.3.1 Estación Huancabamba ................................................................ 78

3.2.2.1.3.2 Estación Hacienda Shumaya ........................................................ 82

3.2.2.1.3.3 Precipitación Media Mensual en el Distrito de Sondorillo .......... 87

3.2.2.2 Temperatura ............................................................................................. 88

3.2.2.3 Velocidad de Viento ................................................................................ 90

3.2.3 Determinación del Recurso Eólico ................................................................ 90

3.2.4 Determinación del Recurso Solar .................................................................. 94

3.2.5 Determinación del Recurso Agua .................................................................. 97

3.2.5.1 Calculo del Tanque de Almacenamiento ................................................. 97

4 PROPUESTA DE DISEÑO DE INSTALACIONES SOSTENIBLES DE UNA

VIVIENDA RURAL EN SONDORILLO ...................................................................... 100

4.1 Alcance ............................................................................................................ 100

4.2 Ubicación del Proyecto .................................................................................... 100

4.3 Arquitectura del Proyecto ................................................................................ 100

4.4 Instalaciones del Proyecto ............................................................................... 101

VIII

4.4.1 Instalaciones Eléctricas................................................................................ 101

4.4.1.1 Diseño Eléctrico del Proyecto ............................................................... 102

4.4.1.1.1 Selección del Alimentador, interruptor y tubería ............................. 102

4.4.1.1.2 Dimensionamiento del Sistema Fotovoltaico ................................... 102

4.4.1.1.3 Diagrama Unifilar de la Instalación Eléctrica del Proyecto ............. 104

4.4.1.2 Diseño de Abastecimiento y Tratamiento de agua del Proyecto ........... 105

4.4.1.2.1 Probable consumo de Agua .............................................................. 105

4.4.1.2.2 Inversión inicial ................................................................................ 107

5 DISCUSIÓN DE RESULTADOS........................................................................... 114

5.1 Captación de Agua de Lluvia en Sondorillo .................................................... 114

5.2 Radiación Global Solar en Sondorillo ............................................................. 115

5.3 Velocidad de viento en Sondorillo .................................................................. 115

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 117

7 LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN ......................................................... 119

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 120

ANEXOS ......................................................................................................................... 124

IX

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Vista Frontal del Sistema de captación y alimentación de Agua de lluvia en el

Modelo de Vivienda Rural en Guatemala. ............................................................................ 3

Figura 2. Evolución anual y acumulada de la potencia eólica instalada en España .............. 4

Figura 3. Cobertura de Demanda de Energía Eléctrica en España ........................................ 4

Figura 4. Kit Sistema Fotovoltaico Aislado para viviendas sustentables. ............................. 5

Figura 5. Propuesta de Vivienda Rural Ecológica. ................................................................ 6

Figura 6. Proyecto Ayni Aprovechamiento de Recursos Naturales ...................................... 7

Figura 7. Proyecto Ayni Gestión y ahorro del Agua. ............................................................ 8

Figura 8. Mapa de Precipitaciones Observadas. .................................................................... 9

Figura 9.Velocidad del Viento anual a 50 m. ...................................................................... 13

Figura 10. Energía Solar Incidente Diaria Promedio Anual ................................................ 14

Figura 11. Espectro electromagnético del sol sobre la superficie de la tierra ..................... 21

Figura 12. Componentes de la radiación solar terrestre total. ............................................. 22

Figura 13: Distancia entre el Sol y la Tierra ........................................................................ 22

Figura 14. Instalación aislada .............................................................................................. 28

Figura 15. Instalación con conexión a la red ....................................................................... 29

Figura 16. Instalación hibrida .............................................................................................. 30

Figura 17. (a) Radiación solar incidente en invierno (b) Radiación solar incidente en

verano. ................................................................................................................................. 30

Figura 18: Aerogenerador a Barlovento .............................................................................. 34

Figura 19. Aerogenerador a Sotavento ................................................................................ 35

Figura 20. Aerogenerador horizontal Tripala ...................................................................... 36

Figura 21. Flujo de energía eólica ....................................................................................... 36

X

Figura 22. Variación de la velocidad del viento con altura, según la Ley Exponencial de

Hellmann. ............................................................................................................................ 39

Figura 23. Curva doble masa. .............................................................................................. 41

Figura 24. Sistema de captación de agua de lluvia en techos. ............................................. 41

Figura 25. Proyección de las áreas efectivas de captación para distintos tipos de techos. .. 42

Figura 26. Tanque interceptor de primeras aguas................................................................ 43

Figura 27. Pestaña de Análisis de Datos en programa Excel .............................................. 58

Figura 28. Análisis visual de las tres estaciones de estudio ................................................ 75

Figura 29. Análisis curva masa de las tres estaciones en estudio ........................................ 76

Figura 30. Análisis doble masa de la estación Sondorillo en función a la estación base

Sondorillo ............................................................................................................................ 76

Figura 31. Análisis doble masa de la estación Huancabamba en función a la estación base

Sondorillo ............................................................................................................................ 77

Figura 32. Análisis doble masa de la estación Hacienda Shumaya en función a la estación

base Sondorillo Fuente: Elaboración propia ........................................................................ 77

Figura 33. Grafica de tendencia en la estación Huancabamba. ........................................... 82

Figura 34. Grafica de tendencia en la estación Hacienda Shumaya .................................... 87

Figura 35. Histograma de la precipitación promedio mensual en Sondorillo. .................... 88

Figura 36. Gráfica de la distribución de Weibull de la velocidad de viento en Sondorillo . 92

Figura 37. Frecuencia de la dirección de la velocidad de viento en Sondorillo. ................. 93

Figura 38. Correlación de la radiación base de la NASA con la estimación del método de

BC del año 2011. Fuente: Elaboración propia ..................................................................... 94

Figura 39. Determinación de la transmisividad de la atmosfera en Sondorillo. .................. 96

Figura 40. Plano Arquitectura del Proyecto, Vista en Panta. ............................................ 100

Figura 41. Plano Arquitectura, Vista en Elevación. .......................................................... 101

Figura 42. Plano de Instalaciones Eléctricas del Proyecto. ............................................... 101

Figura 43. Diagrama Unifilar del Proyecto. ...................................................................... 104

XI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Daños en viviendas por efectos del niño costero...................................................... 9

Tabla 2 Censos Nacionales de Población y Vivienda. ........................................................ 10

Tabla 3 Hogares más afectada por la carencia de servicios básicos en la Región Piura ..... 11

Tabla 4 Encuesta sobre si la vivienda tiene alumbrado eléctrico por red pública en

Sondorillo. .......................................................................................................................... 11

Tabla 5 Encuesta sobre si la vivienda cuenta con servicio higiénico en Sondorillo. ......... 12

Tabla 6 Valores del exponente de Hellmann en función de la Rugosidad del Terreno. ..... 38

Tabla 7 Total de Población en la Provincia de Huancabamba según el tipo de zona. ........ 46

Tabla 8 Total de Población en la Provincia de Huancabamba según el tipo de zona ......... 47

Tabla 9 Proyección de la Población Total en la Provincia de Huancabamba al 2015 ........ 47

Tabla 10 Determinación de la Proyección de Población en Huancabamba según el tipo de

zona. ..................................................................................................................................... 47

Tabla 11 Distribución de Centro Poblados, Caseríos y Anexos .......................................... 48

Tabla 12 Carencia de cobertura de Servicios Básicos por distrito en Huancabamba.......... 50

Tabla 13 Ubicación de Estaciones Meteorológicas. ............................................................ 51

Tabla 14 Ubicación de la Estación Meteorológica de Huancabamba ................................. 52

Tabla 15 Ubicación de la Estación Meteorológica de Sondorillo ....................................... 52

Tabla 16 Ubicación de la Estación Meteorológica de Hacienda Shumaya ......................... 52

Tabla 17 Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la estación meteorológica

Huancabamba. ..................................................................................................................... 53


Sondorillo ............................................................................................................................ 54


Hacienda Shumaya. ............................................................................................................. 56

XII

Tabla 20 Serie Histórica base de la NASA de la precipitación mensual según coordenadas

cartesianas en influencia a Sondorillo. ................................................................................ 57

Tabla 21 Serie Histórica base de la ANA de la precipitación mensual según coordenadas

cartesianas en influencia a Sondorillo. ................................................................................ 57

Tabla 22 Método de mínimos cuadrados en Excel para determinar la correlación entre la

Estación Huancabamba y NASA ......................................................................................... 59

Tabla 23 Determinación del coeficiente de correlación mediante mínimos cuadrados en

Excel entre la Estación Huancabamba y NASA .................................................................. 59

Tabla 24 Determinación del coeficiente de correlación mediante Análisis de Datos en

Excel entre la Estación Huancabamba y NASA .................................................................. 60

Tabla 25 Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Huancabamba y

NASA. ................................................................................................................................. 60

Tabla 26 Completación de datos Primer Periodo de la Estación Huancabamba. ................ 61


Estación Huancabamba y ANA ........................................................................................... 61


Excel entre la Estación Huancabamba y ANA. ................................................................... 62

Tabla 30 Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Huancabamba y

ANA. ................................................................................................................................... 62

Tabla 31 Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Huancabamba .............. 63

Tabla 32 Completación de datos en la Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la

estación meteorológica Huancabamba ................................................................................ 64


Estación Sondorillo y NASA ............................................................................................... 65


Excel entre la Estación Sondorillo y NASA ........................................................................ 65


Excel entre la Estación Sondorillo y NASA ........................................................................ 66

XIII

Tabla 36 Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Sondorillo y NASA.

............................................................................................................................................. 66

Tabla 37 Completación de datos Primer Periodo de la Estación Sondorillo ....................... 67


Estación Sondorillo y ANA ................................................................................................. 67


Excel entre la Estación Sondorillo y ANA. ......................................................................... 68


Excel entre la Estación Sondorillo y ANA .......................................................................... 68

Tabla 41 Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Sondorillo y ANA 68

Tabla 42 Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Sondorillo. ................... 69


estación meteorológica Sondorillo. ..................................................................................... 70


Estación Hacienda Shumaya y ANA ................................................................................... 71


Excel entre la Estación Hacienda Shumaya y ANA. ........................................................... 71


Excel entre la Estación Hacienda Shumaya y ANA. ........................................................... 72

Tabla 47 Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Hacienda Shumaya y

ANA. ................................................................................................................................... 72

Tabla 48 Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Hacienda Shumaya. .... 73


estación meteorológica Hacienda Shumaya. ....................................................................... 73

Tabla 50 Precipitaciones acumuladas y promedio por año en las tres estaciones de estudio

............................................................................................................................................. 74

Tabla 51 Precipitación anual (mm) de la estación Huancabamba. ...................................... 78

Tabla 52 Análisis de consistencia en la media en la estación Huancabamba ...................... 79

XIV

Tabla 53 Análisis por consistencia en la desviación estándar en la estación Huancabamba

............................................................................................................................................. 80

Tabla 54 Resultado de corrección por saltos en la estación Huancabamba. ....................... 80

Tabla 55 Análisis en la media en el análisis de tendencia en la estación Huancabamba. ... 81

Tabla 56 Resultado de corrección por tendencias en la estación Huancabamba ................. 82

Tabla 57 Precipitación anual (mm) de la estación Hacienda Shumaya ............................... 83

Tabla 58 Análisis de consistencia en la media en la estación Hacienda Shumaya ............. 84

Tabla 59 Análisis por consistencia en la desviación estándar en la estación Hacienda

Shumaya .............................................................................................................................. 85

Tabla 60 Resultado de corrección por saltos en la estación Hacienda Shumaya ................ 85

Tabla 61 Análisis en la media en el análisis de tendencia en la estación Hacienda Shumaya

............................................................................................................................................. 86

Tabla 62. Resultado de corrección por tendencias en la estación Hacienda Shumaya. ...... 87

Tabla 63 Determinación de la precipitación promedio mensual en Sondorillo. ................ 88

Tabla 64 Temperaturas máximas promedio mensuales en la estación Sondorillo .............. 89

Tabla 65 Temperaturas mínimas promedio mensuales en la estación Sondorillo ............... 89

Tabla 66 Temperaturas máximas y mínimas promedio mensuales de la estación Sondorillo

............................................................................................................................................. 89

Tabla 67 Data de velocidad de viento en la estación Sondorillo en el año 2014 ................ 90

Tabla 68 Cálculo de la distribución Weibull para cuantificar de manera continua la

velocidad de viento en Sondorillo. ..................................................................................... 91

Tabla 69 Determinación de las variables A y K en Sondorillo. .......................................... 91

Tabla 70 Determinación de la velocidad promedio en Sondorillo ...................................... 92

Tabla 71 Determinación de la frecuencia de la dirección de viento en Sondorillo. ............ 93

Tabla 72 Velocidad de viento promedio a una altura de 6 m en Sondorillo. ...................... 93

Tabla 73 Determinación de la correlación de radiación global solar por el método de

Bristow Campbell y NASA. ................................................................................................ 94

XV

Tabla 74 Resultado de los coeficientes de Pearson 2003 - 2015 ......................................... 95

Tabla 75 Determinación de la correlación de radiación global solar por el método de

Bristow Campbell y NASA de Abril del año 2011. ............................................................ 95

Tabla 76 Resultado de la transmisividad mensual en Sondorillo ........................................ 96

Tabla 77 Estimación de la radiación solar global por el método Bristow – Campbell en

Sondorillo ............................................................................................................................ 97

Tabla 78 Data de entrada para determinar el abastecimiento de agua................................. 98

Tabla 79 Determinación del volumen del tanque de almacenamiento para reutilización de

agua en Sondorillo ............................................................................................................... 98

Tabla 80 Determinación de la Máxima demanda de la vivienda ...................................... 102

Tabla 81 Cuadro resumen de la Selección del Alimentador, interruptor y tubería del

Proyecto. ............................................................................................................................ 102

Tabla 82 Estimación de la Demanda de Energía. .............................................................. 103

Tabla 83 Dotaciones de agua para viviendas unifamiliares. ............................................. 105

Tabla 84 Determinación de la Máxima Demanda Simultánea en la vivienda rural. ......... 106

Tabla 85 Determinación de la pérdida de carga en los tramos de la tubería de alimentación

y Distribución. ................................................................................................................... 107

Tabla 86 Presupuesto venta y meta del sistema solar del Proyecto................................... 107

Tabla 87 Comparativo presupuestal según cotizaciones de proveedores. ......................... 108

Tabla 88 Análisis de Valor para la adquisición del Sistema Solar .................................... 109

Tabla 89 Comparativo de recuperación de capital de la inversión de adquisición del panel

solar según presupuesto venta. .......................................................................................... 109

Tabla 90 Comparativo de recuperación de capital de la inversión de adquisición del panel

solar según presupuesto real .............................................................................................. 110

Tabla 91 Costo de adquisición e instalación del sistema solar de la vivienda. ................. 110

Tabla 92 Costo directo de Instalaciones Eléctricas. .......................................................... 111

Tabla 93 Costo directo de Instalaciones Sanitarias. .......................................................... 112

XVI

Tabla 94 Costo Total de las instalaciones sostenible ........................................................ 113

1

1 INTRODUCCIÓN

El Perú es un país con una gran variedad de recursos naturales presentes en sus diferentes

regiones. El aporte del recurso natural de tipo no renovable es limitado y requiere de una

solución para evitar impactar negativamente al medio ambiente y así optimizar su uso de

manera sostenible. Por ello, la alternativa actualmente para minimizar dicho impacto es

aprovechar el recurso renovable y contribuir a solucionar la necesidad del hombre de

manera amigable con el medio ambiente.

La velocidad del viento y la radicación solar son un tipo de recurso renovable que puede

ser aprovechada para generar energía eléctrica producto de su aporte continuo en nuestro

país. Actualmente, nuestro país tiene parques eólicos como el de Marcona, Talara y

Cuspinique, donde su contribución para la producción de energía eléctrica es notable ya

que en promedio aportan con un potencial instalado de 239 MW. Asimismo, se cuenta con

centrales solares tal son el caso de Moquegua y Tacna donde se produce en promedio 20

MWp.

El acceso al servicio eléctrico en nuestro país es limitado y requiere de alternativas para

satisfacer las necesidades del hombre. Una solución viable es aprovechar el recurso

renovable tal como la velocidad del viento y la radiación solar para producir energía

eléctrica de manera continua, en zonas donde dichos recursos tienen predominancia. La

producción de este tipo de energía es considerada limpia ya que no contribuye al efecto

invernadero pues no emiten CO2 al medio ambiente.

Del mismo modo, el servicio de saneamiento en nuestro país es parcial ya que sobretodo en

las zonas rurales la necesidad por tener una planta de tratamiento de aguas residuales es

escaza, debido a la topografía y al acceso limitado de recursos. La calidad de vida del

hombre es vulnerable cuando no se cuentan con dichos servicios, más aún cuando han sido

afectados por fenómenos naturales, tal es el caso de los huaycos por las intensas lluvias

ocurrido en el Norte del Perú, donde el impacto es negativo y persuade en el desarrollo

personal y comunal de la zona.

El presente estudio tiene como finalidad evaluar y contribuir una alternativa de

sostenibilidad en las instalaciones domiciliarias en la zona rural del Norte del Perú, en la

2

Provincia de Huancabamba, Distrito de Sondorillo – Piura, con la propuesta de

construcción de una vivienda sostenible aprovechando los recursos renovables no

convencionales presentes en la zona, tal es el caso de energía eólica y solar mediante la

producción de energía eléctrica alterna, la captación del agua de lluvia y el uso de un

biodigestor para el tratamiento de las aguas residuales domésticas que serán de gran

utilidad debido al reaprovechamiento de las aguas tratadas como riego de plantas.

1.1 Justificación

1.1.1 Antecedentes

Las propuestas de viviendas sostenibles en ciudades donde requieren de esta necesidad,

teniendo en cuenta la importancia del factor demográfico, económico y ambiental, es una

alternativa viable para solucionar el problema con muchos beneficios en varias direcciones.

Arévalo (2013) realizó el diseño de un modelo de vivienda económica, sostenible y de

bajo impacto para la zona rural del municipio de San Pedro Sacatepéquez, en Guatemala,

donde el aporte de los recursos naturales de la zona sirvieron para aliviar económicamente

a la zona rural para abastecer de energía eléctrica por medio de paneles solares, así como

de abastecer de agua a la vivienda por medio del reúso del agua de lluvia donde sirvió para

alimentar a la red de distribución hacia los aparatos sanitarios, tal como se muestra en la

Figura 1. Con ello, se estandariza una alternativa viable con el aprovechamiento del aporte

energético de los recursos naturales presentes en la zona, así como del reúso del agua de

lluvia para minimizar el gasto del agua y tener ahorros económicos mediante al uso

sostenible de los recursos.

3

Figura 1. Vista Frontal del Sistema de captación y alimentación de Agua de lluvia en el Modelo de Vivienda

Rural en Guatemala.

Fuente: Arévalo, 2013

El uso energético en el mundo ha evolucionado debido a la necesidad de conservar el

medio ambiente y obtener el aprovechamiento de los recursos a un menor costo de

producción. En España, el campo de la energía eólica ha evolucionado paralelamente a la

tecnología tal como se observa en el Figura 2, donde con el apoyo y la financiación

adecuada, la energía eólica es la base fundamental para el desarrollo, no sólo energético,

sino también para la competitividad de España en el sector energético. (Asociación

Empresarial Eólica de España, 2018).

4

Figura 2. Evolución anual y acumulada de la potencia eólica instalada en España

Fuente: Asociación Empresarial Eólica de España, 2018

La evolución energética en España ha permitido que la contribución de la energía eólica

tenga mayor predominancia en la generación de energía eléctrica, tal como se muestra en

la Figura 3.

Figura 3. Cobertura de Demanda de Energía Eléctrica en España

Fuente: Asociación Empresarial Eólica de España, 2018

5

Este uso energético sostenible es una opción viable para ser aprovechada en las

construcciones de viviendas donde radique la disposición del recurso eólico como mayor

opción para obtener energía eléctrica. Asimismo, la predominancia del recurso solar es

constante y permite integrar el aprovechamiento energético en las instalaciones de una

vivienda sostenible. Lo anterior tiene afinidad con la definición de arquitectura

bioclimática, según María Pérez (2017, p. 3), la arquitectura bioclimática es el diseño

eficiente con el cual se consigue reducir el consumo energético del edificio, cuyos criterios

se basan en el diseño de la edificación teniendo en cuenta las condiciones climáticas del

entorno y aprovechando los recursos naturales presentes en ella.

Para ello es necesaria la adquisición de paneles fotovoltaicos que permiten producir

energía limpia y renovable, sin recurrir a recursos contaminantes, el esquema recomendado

es el que se aprecia en la Figura 4.

Figura 4. Kit Sistema Fotovoltaico Aislado para viviendas sustentables.

Fuente: Pérez, 2017

Por otro lado, aprovechar el recurso hídrico de manera sustentable es un enfoque de lo que

se define en la sustentabilidad hídrica; según la tercera Política de Sustentabilidad Hídrica

de la Comisión Nacional del Agua de México (CONAGUA, 2014, p. 147), la

sustentabilidad hídrica incluye el uso eficiente del recurso agua, el incremento de

tratamiento de aguas residuales, impulsa el reúso de las aguas nacionales mediante la

verificación de extracciones y el ordenamiento de acuíferos. La factibilidad de obtener

viviendas que opten por reusar el agua de lluvia y traten las aguas residuales minimizando

el impacto al medio ambiente es un enfoque a lo que se refiere parte de la eficiencia

hídrica.

6

En el Perú, como tentativa para minimizar el impacto negativo producto de fenómenos

naturales, es la creación de proyectos de ayuda comunitaria para reconstruir las viviendas

en las comunidades afectadas con los recursos de fácil acceso en su zona para minimizar el

costo de construcción, tal como lo define Leonardo Villacorta1 (2017, como lo menciona

la radio cultivalú, 2017), donde se propuso un prototipo de vivienda sostenible para ser

construida en Piura utilizando los recursos ancestrales a base de quincha con una vida útil

de 100 años y que traerá un impacto positivo a las comunidades afectadas ya que se usarán

los recursos naturales de la zona lo que hacen económica la vivienda, dicho diseño se

observa en la Figura 5.

Figura 5. Propuesta de Vivienda Rural Ecológica.

Fuente: Villacorta, 2017

Las iniciativas por obtener viviendas económicas amigables con el medio ambiente es un

reto que se está proponiendo actualmente y está siendo impulsada por el Ministerio de

Vivienda, Construcción y Saneamiento (MINVIV, 2018), donde con este tipo de

construcciones se busca continuar promoviendo el cuidado del medio ambiente y reducir

los gastos mensuales en los recibos de luz y agua de las familias. No cabe duda que una

construcción sostenible es un avance para promover la cultura ambiental en la

1 Ex decano del Colegio de Arquitectos de Piura.

7

construcción. La promoción de estos temas de investigación por instituciones

gubernamentales promueve que las entidades privadas incentiven a los jóvenes a obtener

proyectos para la construcción de viviendas sostenibles, tal como se muestra el caso del

Proyecto Ayni (Rodríguez, 2015), donde la vivienda fue diseñada en base al costo mínimo

con ambientes sin confort, caracterizada por asignar usos y funciones variadas de acuerdo

al estilo de vida y necesidades particulares de la realidad peruana. El uso de energía

eléctrica del módulo es captado con paneles solares tal como se muestra en la Figura 6, y

se reúsa el agua de lluvia para riego y uso de inodoro tal como se observa en la Figura 7.

Figura 6. Proyecto Ayni Aprovechamiento de Recursos Naturales

Fuente: Rodríguez, 2015

8

Figura 7. Proyecto Ayni Gestión y ahorro del Agua.

Fuente: Rodríguez, 2015

La finalidad de tener proyectos de construcción sostenibles es reducir el impacto ambiental

negativo de estas y hacer las construcciones más amigables con el medio ambiente,

aprovechando los recursos naturales presentes en el medio para optimizar y hacer más

factible el proyecto. Es por ello, que la opción dentro del enfoque de sostenibilidad es la

aplicación de las ecotecnias, que consisten en obtener opciones viables en la construcción

de ciudades y comunidades con el menor costo posible, teniendo responsabilidad con el

medio ambiente. El biodigestor es un tipo de ecotecnia, que consiste en tratar y aprovechar

el agua residual en base a la recuperación de los recursos desechados por medio de un

tratamiento anaeróbico donde se obtienen los nutrientes que son usados como abono, y

además, produce un gas energético que puede ser aprovechado para generar energía

eléctrica. (Sánchez, 2016)

1.1.2 Realidad Problemática

El Perú es el tercer lugar más vulnerable al cambio climático según el diario La Prensa

(2015, como lo menciona el Tyndall Center de Reino Unido, 2015). La vulnerabilidad

climática es el grado de susceptibilidad de un territorio, este varía dependiendo de su

exposición, sensibilidad y capacidad adaptativa al cambio climático, según el Ministerio

9

del Ambiente del Perú (MINAM, 2007). Este cambio climático hace que la temperatura

promedio del mundo varié notablemente y traiga como consecuencia fenómenos naturales

causados por el cambio climático. Tal caso se observó en el 2017 en el Norte del Perú,

donde fue escenario de intensas lluvias producto de un incremento de temperatura del mar

costero, donde los ríos se desbordaron y los habitantes quedaron sin refugio ya que sus

viviendas fueron destruidas por tal fenómeno.

Figura 8. Mapa de Precipitaciones Observadas.

Fuente: Comisión Multisectorial ENFEN, 2017

Según el Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI, 2017), una de las regiones más

afectadas por tal fenómeno costero es Piura, donde se diagnosticaron un total de 83 957 de

viviendas afectadas, de las cuales 21 412 fueron destruidas, tal como se muestra en la

Tabla 1.

Tabla 1

Daños en viviendas por efectos del niño costero.

Fuente: INDECI, 2017

10

No cabe duda que los más afectados son las zonas rurales ya que son los más vulnerables

al impacto negativo que puede causar tal fenómeno natural. Huancabamba y Ayabaca, son

dos de las Provincias con mayor cantidad de población rural en Piura, tal como se muestra

en la Tabla 2.

Tabla 2

Censos Nacionales de Población y Vivienda.

Fuente: INEI, 2010

Dichas provincias tienen notables carencias de servicios básicos en sus hogares, tal como

se observa en la Tabla 3, donde el distrito de Sondorillo, en la Provincia de Huancabamba,

es la que más afectada se refleja al tener carencias del 95.3% sin agua, 96.7% sin desagüe y

el 88% sin alumbrado. (INEI, 2010)

11

Tabla 3

Hogares más afectada por la carencia de servicios básicos en la Región Piura

Fuente: INEI, 2010

Actualmente, según el Censo de Población y Vivienda del 2017 el porcentaje de carencia

de alumbrado ha disminuido a 47.25%, tal como se muestra en la Tabla 4; sin embargo,

sigue habiendo una notable carencia de dicho servicio básico.

Tabla 4

Encuesta sobre si la vivienda tiene alumbrado eléctrico por red pública en Sondorillo.

Fuente: INEI, 2018

Nota: No aplica 663.

El servicio higiénico en Sondorillo, no ha tenido una disminución porcentual significativa,

donde en resumen se obtiene un 95.36% de la población que no cuenta con desagüe, tal

como se muestra en la Tabla 5, por lo que existe una notable problemática en función de la

carencia tanto del servicio de desagüe como de alumbrado.

Sin agua 2/ Sin desague 3/ Sin alumbrado 4/

000000 PERÚ 31.4 39.5 24.8

200000 PIURA 35.9 52.9 32.6

200200 AYABACA 76.2 90.6 72.9

200201 AYABACA 76.9 87.8 71.3

200202 FRIAS 53.7 92.2 78.7

200203 JILILI 96.9 89.2 28.4

200204 LAGUNAS 93.6 97.2 89.4

200205 MONTERO 95.0 85.2 70.7

200206 PACAIPAMPA 84.9 95.8 87.7

200207 PAIMAS 90.6 88.2 52.3

200208 SAPILLICA 89.9 95.3 89.6

200209 SICCHEZ 99.5 89.4 35.9

200210 SUYO 45.9 85.5 53.4

200300 HUANCABAMBA 78.6 89.1 72.8

200301 HUANCABAMBA 71.0 78.7 67.5

200302 CANCHAQUE 37.9 78.3 72.3

200303 EL CARMEN DE LA FRONTERA 81.9 95.6 80.9

200304 HUARMACA 88.0 94.2 76.2

200305 LALAQUIZ 99.0 97.3 71.4

200306 SAN MIGUEL DE EL FAIQUE 88.9 92.8 55.2

200307 SONDOR 59.6 88.7 67.6

200308 SONDORILLO 95.3 96.7 88.0

Ubigeo Departamento, provincia y distritoPorcentaje de Hogares sin acceso a Servicios

12

Tabla 5

Encuesta sobre si la vivienda cuenta con servicio higiénico en Sondorillo.

Fuente: INEI, 2018

Nota: No aplica 663.

Por ello, como tentativa para minimizar el impacto negativo de dichas carencias en los

servicios básicos, se pretende realizar la propuesta de construcción de una vivienda

modular que cuenten con los servicios básicos antes mencionados pero que sean

abastecidos por el aprovechamiento de los recursos naturales de la zona.

No obstante, para realizar el diseño de las instalaciones sostenibles se tiene que contar con

data fiable y actualizada. Tanto el Atlas Eólico como el Atlas Solar del Perú (Ver Figura 9

y 10), son fuentes fiables que podrían ser usadas para el diseño de dichos sistemas, sin

embargo, son datos desactualizados que pueden persuadir negativamente en el proyecto.

Por lo que, se propone realizar el tratamiento y análisis de datos fiables para obtener

resultados de irradiancia y velocidad de viento para realizar el diseño de las instalaciones

eléctricas de la vivienda en Sondorillo; así, como realizar el tratamiento y análisis de datos

de precipitación en la zona de influencia para determinar la cantidad de agua de lluvia que

pueda ser derivada al inodoro y usada como riego. Para el tratamiento de las aguas

residuales se propone determinar la capacidad de un biodigestor.

13

Figura 9.Velocidad del Viento anual a 50 m.

Fuente: Ministerio de Energías y Minas del Perú, 2008

14

Figura 10. Energía Solar Incidente Diaria Promedio Anual

Fuente: Ministerio de Energías y Minas del Perú, 2003

15

1.2 Formulación del Problema

¿Es factible plantear una propuesta de construcción de una vivienda modular con

instalaciones sostenibles para los pobladores en la zona rural del Distrito de Sondorillo -

Piura?

1.3 Hipótesis General del Trabajo

El desarrollo de una propuesta de construcción de una vivienda modular con instalaciones

sostenibles para los pobladores en la zona rural del Distrito de Sondorillo, Provincia de

Huancabamba, Piura, impactará de manera positiva ambiental, económica y socialmente a

la comunidad de la zona.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivo General

Desarrollar una propuesta sostenible de diseño de las instalaciones eléctricas y

sanitarias en una vivienda modular en el Distrito de Sondorillo.

1.4.2 Objetivos Específicos

Aprovechar la energía eólica y solar para la producción de energía eléctrica alterna

en la vivienda.

Aprovechar el agua de lluvia para la reutilización de esta hacia el inodoro y riego.

Determinar la oferta y demanda del recurso agua y de la energía eléctrica en la zona

de análisis.

Determinar la capacidad de un biodigestor para el tratamiento de las aguas

residuales de la vivienda.

Diseñar las instalaciones para el aprovechamiento óptimo de los recursos

renovables presentes en el medio.

16

1.4. Alcances y Limitación del Problema

En el presente trabajo de Tesis se tiene como alcance los siguientes enunciados:

Evaluación de los sistemas renovables para la generación de energía eléctrica en

una vivienda sostenible.

Factibilidad y diseño de los sistemas de generación de energía eléctrica usando un

sistema hibrido que involucra paneles fotovoltaicos y generador eólico en el

proyecto.

Diseño de las instalaciones sanitarias utilizando sistema de desagües

independientes a una red pública mediante el uso de un biodigestor.

Elaboración del expediente técnico de las instalaciones sostenibles.

El presente estudio no abordará los siguientes temas, las cuales se presentarán como

propuestas de futuras investigaciones:

Generación de energía eléctrica a través del biogás, el cual es generado en el

tratamiento de aguas residuales que se presenta en el biodigestor.

Utilización de sistemas de redes de atrapanieblas para recolección de agua, que

pueden ser utilizados en lugares con alta humedad relativa.

1.5. Estado de arte

Las energías renovables ofrecen importantes oportunidades para aplicaciones en entornos

donde la energía convencional no llega, o llega solo de manera parcial; esto es

particularmente útil en el entorno rural, entre poblaciones con altos niveles de marginación.

La falta de energía en comunidades rurales aisladas constituye una situación crítica, ya que

suele estar asociada con la ausencia de telecomunicaciones, educación, servicios de salud,

y frecuentemente, agua potable. (Ponce, 2014)

La energía solar y la energía eólica son dos de las principales fuentes naturales de energía

intermitente en el mundo. La combinación de estas en sistemas híbridos ha demostrado ser

complementaria para maximizar su confiabilidad. (Castillo, 2014)

Para Mikati (2012), realizar un modelo y simulación de un sistema de energía solar y

eólica para analizar su dependencia de la red pública, es útil para poder estimar el aporte

17

necesario para abastecer la demanda eléctrica de una vivienda; para evaluar este criterio se

toma en cuenta la transferencia de energía a la red y la contribución de la red eléctrica a la

demanda. Sin embargo, el problema más interesante ha sido el cómo relacionar la

capacidad del sistema de suministro y la intensidad del recurso y las demandas. Cabe decir,

dada una demanda, cómo poder ver si es mejor aplicar recursos eólicos o solares, qué

número de generadores de cada uno suministrar a la red, con la finalidad de orientar la

propuesta al ahorro energético y a disminuir las transferencia con la red eléctrica,

abaratando de este modo los costes. Para Ponce (2014), el costo de la electricidad de un

sistema hibrido resultan ser cuatro veces mayor que en una electrificación residencial pero

resultan útil, debido que con el tiempo se pueden compensar dichos costos, siendo viable el

proyecto en zonas alejadas a una red eléctrica, asimismo el incremento en el acceso a la

electricidad facilita el desarrollo y mejora la calidad de vida de las personas.

Castillo (2014), toma en cuenta la evaluación técnica y económica para dimensionar un

sistema hibrido y hacerlo más óptimo. Sin embargo, los valores que utiliza para realizar

dichos cálculos se realizan en función de datos empíricos, debido que no se cuenta con

estaciones especializadas que suministren información referente a la radiación y la

velocidad de viento.

Por otro lado, la disposición de las aguas residuales domesticas en las áreas rurales es una

problemática compleja, ya que no existen redes de drenaje que las conduzcan hacia una

planta de tratamiento, donde las aguas residuales sean depuradas y devueltas a los lagos,

ríos u océanos, sin dañar el equilibrio natural de estos. (Menchaca, 2017)

Las aguas servidas comprenden los residuos domésticos, industriales y aguas de lluvias,

pasan por tres etapas que comúnmente se denominan como tratamiento primario, donde se

eliminan los sólidos gruesos y partículas sediméntales, el tratamiento secundario que se

encarga de la eliminación de compuestos orgánicos y finalmente el tratamiento terciario

que se ocupa de eliminar los compuestos solubles, pero busca la eliminación de sustancias

particulares, siendo aplicado principalmente para la eliminación de nutrientes y organismos

patógenos. (Araya, 2014). El pozo séptico, es una opción tecnológica de saneamiento para

solucionar la disposición de excretas y aguas residuales de una vivienda sin sistema de

recolección en red de tuberías. El biodigestor es una variante de los pozos sépticos, que

tiene la ventaja de ser autolimpiable y no necesita de instrumentos para la extracción de

lodos, sino solo abrir una válvula para extraerlos cada 18 a 24 meses. (Barrios, 2009)

18

Por lo tanto, la importancia de obtener valores en estaciones meteorológicas en la zona de

estudio es de gran importancia para poder estimar estadísticamente los valores de

irradiancia y velocidad de viento de manera mensual con una alta tasa de confiabilidad, y

con la metodología propuesta por los autores, realizar la estimación del potencial eólico y

solar en la zona de estudio, y así, en base a la demanda eléctrica de la vivienda, realizar el

diseño del sistema hibrido para abastecer de electricidad a toda la vivienda. Asimismo,

para el tratamiento de las aguas servidas se debe considerar la opción tecnológica que más

se adecue a la zona de estudio, siendo esta la instalación de un biodigestor pre fabricado

cuyas aguas tratadas serán dispuestas en una laguna artificial y usadas para riego.

19

2 MARCOS DE REFERENCIA

2.1 Marco Conceptual

2.1.1 Definición de Términos

Instalación sostenible: Las instalaciones sostenibles es aquel que por una parte puede

mantener, producir y controlar las energías básicas requeridas para su uso, y por otra, ser

concebida con materiales llamados ecológicos, que puedan considerarse reciclables,

recuperables o reutilizables y en sintonía con el entorno donde se desarrolle. En el presente

trabajo de tesis se busca destacar el uso de la radiación solar, energía eólica, y

aprovechamiento de lodos del biodigestor.

Ecotecnias: Son herramientas y prácticas orientadas a aprovechar, gestionar, salvaguardar,

restituir y/o reintegrar el equilibrio del medio ambiente y sus recursos de manera eficiente

y con impactos mínimos, en beneficio del ser humano, utilizando una como base el

conocimiento de los sistemas ecológicos naturales.

Medio ambiente: Conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y

bióticos (organismos vivos) que conforman la capa de la tierra llamada Biosfera el sustento

y lugar de los seres vivos.

Prototipo: Primer ejemplar de alguna cosa que se toma como modelo para crear otros de la

misma clase. Hace referencia un modelo repetitivo que puede ser adaptable a diversos

escenarios.

Sostenible: El término sostenible refiere a cualquier modo de satisfacer el presente sin

comprometer el futuro y pueda permanecer en el tiempo. Cualquier modelo humano debe

sostenerse a sí mismo sin quitarle recursos a su entorno.

Vivienda Rural: Es un lugar central de la existencia humana, donde la relación trabajo-

producción-vida familiar está en clara interacción con el entorno, no sólo comprende la

unidad de habitación, también el espacio de producción; la diseñan, construyen y

modifican sus moradores con técnicas tradicionales, auto producción de materiales y

componentes básicos.

20

2.2 Marco Teórico

2.2.1 Energía Solar

2.2.1.1 Recurso Solar

El recurso se origina por la radiación solar, la energía solar es una fuente de energía de

origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética

procedente del Sol.

2.2.1.1.1 Radiación Solar

La distribución espectral de la energía del sol que incide sobre la superficie de la tierra

varía en función de la distribución de la radiación solar en el espacio y de los

constituyentes que forman la atmósfera terrestre. A partir de esto se generan dos flujos de

energía radiante denominados radiación solar extraterrestre (Re) y radiación solar global

(Rg). El flujo de radiación solar que incide sobre un plano horizontal situado en el borde

externo de la atmósfera terrestre es conocido como radiación solar extraterrestre (Re). En

cambio, el flujo de radiación solar que atraviesa la atmósfera terrestre e incide sobre una

superficie horizontal de la tierra es conocido como radiación solar global (Rg).

Se ha comprobado que la mayor parte del calor y luz del Sol incide sobre las regiones

ecuatoriales y sólo una pequeña parte va a parar a las zonas polares. Este calentamiento

desigual de la superficie terrestre produce una compleja circulación de los elementos que

componen la atmósfera, los cuales se desplazan desde las regiones más cálidas hacia las

regiones más frías. A través del estudio de estos fenómenos es posible concluir que existen

ciertas variables meteorológicas, que, junto con influir sobre los parámetros atmosféricos

producen notables variaciones en la cantidad de radiación solar global (Rg) dentro de las

cuales se considera la temperatura y la presión atmosférica.

La radiación solar terrestre, como en la atmósfera se refleja parte de la radiación que llega

del sol, y otra parte se absorbe, a la superficie de la tierra llega, lógicamente una cantidad

menor que la que se tiene en el exterior de la atmósfera. Viene a ser de unos 900 W/m², la

cual cambia dependiendo de la hora del día, del día del mes y del mes del año.

La radiación solar extraterrestre, es la cantidad de energía solar recibida por unidad de

superficie y por unidad de tiempo sobre una superficie enfrentada al Sol que tiene que ser

21

perpendicular a los rayos solares, situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media

entre la tierra y el Sol cuyo valor medio es 1367 W/m², esta radiación está formada

aproximadamente en:

47% por el espectro visible.

46% por el espectro infrarrojo.

7% por el espectro ultravioleta.

Figura 11. Espectro electromagnético del sol sobre la superficie de la tierra

Fuente: Avilio, 2014

Para especificar la Radiación Solar Terrestre, es necesario definir los siguientes conceptos:

Radiación Solar Directa: Es la radiación que incide directamente del sol.

Radiación Solar Difusa: Es la radiación dispersada por los agentes atmosféricos

(nubes, polvo, etc.)

Radiación Solar Reflejada (albedo): Es la radiación reflejada por el suelo o por los

objetos cercanos

22

Figura 12. Componentes de la radiación solar terrestre total.


2.2.1.1.2 Factor de corrección de la orbita

Matemáticamente se sabe que la intensidad de energía que llega a un área determinada es

inversamente proporcional al cuadrado de la distancia recorrida por dicha energía. En el

caso particular de la energía solar, la cantidad de radiación solar que llega a la tierra será

inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre el sol y la tierra, es

decir, mientras mayor sea la distancia entre estos dos cuerpos, menor será la cantidad de

radiación solar que llegue a la tierra. Por lo tanto, conocer el valor exacto de la distancia

del sol a la tierra con considerable precisión es un tema de suma importancia cuando se

requiere averiguar la disponibilidad de energía solar en algún lugar determinado de la

superficie de la tierra.

La distancia mínima entre el sol y la tierra se llama perihelio y la máxima se denomina

afelio.

Figura 13: Distancia entre el Sol y la Tierra

Fuente: Camayo, 2013

23

El factor de corrección de la excentricidad de la órbita terrestre (Eo) ha sido considerado

por distinguido autores como se especifican líneas abajo.

Para Spencer (1971):

𝐸𝑜 = (𝑟𝑜

𝑟)2

𝐸𝑜 = 1.00011 + 0.003422𝑐𝑜𝑠Г + 0.001280𝑠𝑒𝑛Г + 0.000719𝑐𝑜𝑠2Г + 0.000077𝑠𝑒𝑛2Г

Este factor de corrección para la posición de la tierra en su órbita determina la distancia

entre el sol y la tierra en unidades astronómicas. En tanto, la variable Г es denominada

como el día angular en radianes.

Г =2 ∗ П ∗ (𝑑𝑛 − 1)

365

Donde dn representa el día juliano del año, es decir, se trata de una ordenación ordinario de

los días del año asignando como dn igual a 1 al 1° de Enero y dn igual a 365 para el 31 de

Diciembre.

Para Duffie y Beckman:

𝐸𝑜 = 1 + 0.033𝑐𝑜𝑠(2 ∗ П ∗ 𝑑𝑛

365)

Declinación Solar:

El movimiento de rotación que produce el día y la noche lo realiza la tierra sobre si misma

alrededor de un eje conocido como eje polar, el cual está inclinado aproximadamente 23,5º

con respecto a la normal al plano eclíptico. A lo largo del año el ángulo entre el eje polar y

la normal al plano eclíptico permanece sin variación, lo mismo es válido para el ángulo

entre el plano ecuatorial terrestre y el plano eclíptico. Sin embargo, el ángulo que existe

entre el plano ecuatorial terrestre y la línea que une los centros del sol y la tierra cambia

cada día, en realidad, cada instante. Este ángulo que se representa a través de la letra δ es

denominado declinación solar.

Un gran número de autores han desarrollado expresiones mediante las cuales es posible

obtener valores aproximados de la declinación solar con varios grados de precisión.

24

Para Spencer:

𝛿 = (0.00691 − 0.399912𝑐𝑜𝑠Г + 0.070257𝑠𝑒𝑛Г − 0.006758𝑐𝑜𝑠2Г + 0.000907𝑠𝑒𝑛2Г

− 0.002697𝑐𝑜𝑠2Г + 0.00148𝑠𝑒𝑛2Г) ∗ (180

П)

Esta ecuación estima la declinación solar con un error máximo de 0,0006 radianes, lo que

equivale a 0,05 grados. (Camayo, 2013)

Para Perrin de Brichambaut:

𝛿 = sin−1(0.4 ∗ 𝑠𝑒𝑛(360(𝑑𝑛 − 82)

365))

Para Cooper:

𝛿 = 2.345 𝑠𝑒𝑛(360(𝑑𝑛 + 284)

365)

En este caso, en ambas ecuaciones la variable dn representa el día juliano del año.

2.2.1.1.3 Posición del Sol relativa a superficies horizontales

Es posible definir la magnitud del desplazamiento angular diario del sol con respecto al

meridiano local para una superficie horizontal en función de la declinación solar y de la

latitud geográfica del lugar.

En consecuencia, el ángulo horario para este tipo de superficie definido por los puntos de

salida y puesta del sol en un día cualquiera está determinado por la siguiente ecuación.

𝑤ℎ = ± cos−1(−𝑡𝑎𝑛𝛷 ∗ 𝑡𝑎𝑛𝛿)

Donde wh es el ángulo horario medido en grados para una superficie horizontal, Φ

representa a la latitud geográfica del lugar medida en grados y δ es la declinación solar

medida en grados.

2.2.1.1.4 Calculo de la Radiacion Solar Extraterrestre sobre superficie horizontal

La irradiancia solar extraterrestre Re es definida como la energía incidente sobre la unidad

de superficie en el borde exterior de la atmósfera en la unidad de tiempo, cuya unidad

normalmente empleada es el W/m2. Por otro lado, la irradiación solar extraterrestre es la

energía recibida por la unidad de superficie en el borde exterior de la atmósfera durante un

25

período de tiempo determinado y se obtiene integrando el valor de la irradiancia solar

extraterrestre a lo largo de dicho período de tiempo.

Existen ciertas fórmulas matemáticas desarrolladas para determinar tanto la irradiancia

solar extraterrestre como la irradiación solar extraterrestre en varias orientaciones y para

diferentes períodos de tiempo, obteniendo valores integrados del espectro de radiación

electromagnética sobre todas las longitudes de onda.

El resultado de la integración de la irradiación solar extraterrestre para una superficie

horizontal a lo largo de un día se muestra en la siguiente expresión.

𝐻𝑒ℎ =24

П∗ 𝐼𝑠𝑐 ∗ 𝐸𝑜 ∗ (𝑠𝑒𝑛𝛿 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛷 ∗ 𝑤ℎ ∗

П

180+ 𝑐𝑜𝑠𝛿 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝛷 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝑤ℎ)

Donde Heh es la irradiación solar extraterrestre diaria sobre un plano horizontal, Isc

representa a la constante solar, Eo es el factor de corrección de la excentricidad de la órbita

terrestre y wh representa al ángulo horario medido en grados para una superficie

horizontal. Cabe mencionar que la constante solar es la irradiancia recibida por una

superficie a la distancia media del sol – tierra y fuera de la atmosfera, su valor es como se

muestra en la siguiente expresión.

𝐼𝑠𝑐 =1353𝑊

𝑚2=

4.871𝑀𝐽

𝑚2ℎ= 1.94 𝑐𝑎𝑙/𝑐𝑚2 min

2.2.1.1.5 Método empírico para estimar la Radiación Solar Global

Uno de los modelos más antiguos es de Angström (1924, citado por Atlas Energía Solar

del Perú, 2003) que estima la densidad de flujo diario de radiación global a partir de la

siguiente regresión lineal simple.

𝐻𝑔

𝐻𝑒= 𝑎 + 𝑏(

𝑛

𝑁)

Donde Hg representa la radiación solar global, He es la radiación solar extraterrestre, n

corresponde a las horas de sol real y N es la duración teórica del día. Además, los

coeficientes "a" y "b" están asociados al tipo de nubes y a las condiciones generales que

determinan la turbidez de la atmósfera. Angström, después de haber analizado estos

coeficientes, sugirió los valores de 0,2 para el coeficiente "a" y de 0,5 para el coeficiente

"b" (Castillo y Santibáñez, 1981).

26

Los coeficientes a + b representan el valor máximo de la transmisibilidad de la atmósfera

(τ) mientras que el coeficiente a representa el mínimo valor de τ (Atlas Energía Solar del

Perú, 2003).

Por otro lado, para estimar la radiación solar a través de un modelo estadístico, algunos

autores han considerado el efecto que producen los rayos solares sobre la amplitud térmica.

La diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas en un día determinado depende de

la relación entre el calor sensible y el calor latente. El calor sensible varía de acuerdo a la

radiación solar incidente y es responsable de las temperaturas máximas. Durante la noche,

el calor sensible es perdido hacia el espacio como radiación en onda larga, disminuyendo

así la temperatura del aire hasta su valor mínimo, valor que normalmente se alcanza antes

del amanecer. (Meza y Varas, 2000)

A partir de esta descripción, Bristow-Campbell, 1984, (citado por Atlas Energía Solar del

Perú, 2003) desarrollaron un modelo para estimar la radiación solar global en función de la

radiación solar extraterrestre y la diferencia de temperaturas. Dentro de los modelos

existentes, Baigorria et al. (2003a) llegaron a la conclusión que el modelo Bristow-

Campbell era el que mejor se adecuaba a las condiciones de Perú. Este modelo sugiere la

estimación de la transmisividad o irradiación solar relativa en función de la diferencia entre

las temperaturas máxima y mínimas (∆T, °C).

𝐻𝑔

𝐻𝑒= 𝑎 ∗ (1 − 𝑒−𝑏(𝑇𝑚𝑎𝑥−𝑇𝑚𝑖𝑛)𝑐

)

Donde Hg representa la radiación solar global, He es la radiación solar extraterrestre,

Tmáx corresponde a la temperatura máxima y Tmín es la temperatura mínima. En este

caso, los valores empíricos a. b y c tienen un significado físico; a representa el máximo

valor de τ que es característico de cada área de estudio y además depende de la

contaminación y de la altitud; b y c determinan el efecto del incremento de temperatura

sobre la máxima τ de la atmosfera.

𝑐 = 2.116 − 0.072(𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛) + 57.574 ∗ 𝑒𝛷

𝑏 = 0.107 ∗ 𝑐−2.6485

27

2.2.1.2 Paneles Fotovoltaicos

Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos

semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos

electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El

acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes

mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos

electrónicos.

A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos

se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica, operación que es

muy rentable económicamente pero que precisa todavía de subvenciones para una mayor

viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: se genera la energía a bajas tensiones (380-800

V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un

centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de

transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es

difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las

placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la

importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta

parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.

A. Clasificación de las instalaciones

Las instalaciones basadas en los paneles solares fotovoltaicos están clasificadas en tres

versiones en correspondencia con su arquitectura y utilización. Tales versiones son

descritas a continuación:

2.2.1.2.1 Instalaciones aisladas de la red

Las instalaciones fotovoltaicas destinadas a la obtención de energía eléctrica para cualquier

aplicación, que no tengan ningún punto de conexión con las redes públicas de distribución

de energía para inyectar en ellas corriente, se denominan aisladas. Tales aplicaciones, se

derivan a su vez en dos tipos:

28

Instalaciones centralizadas: son las que cubren la necesidad de un conjunto de

viviendas, y cuya justificación está en la reducción del impacto ambiental y en

motivos económicos.

Instalaciones descentralizadas: corresponden a las que cubren la necesidad de un

solo usuario, ya sea vivienda, repartidor, etc.

Figura 14. Instalación aislada


2.2.1.2.2 Instalaciones con conexión a la red

Corresponden tales instalaciones a las que están conectadas a la red pública de distribución

de energía para dos posibles finalidades, que son:

Venta de la totalidad de la energía eléctrica generada

Venta de la energía eléctrica sobrante con respecto a la necesidad del lugar de

generación.

En tales instalaciones intervienen dos nuevos componentes no empleados en la versión

anterior, los cuales son:

Un inversor de red, cuya finalidad es sincronizar la fase de la energía a inyectar con

la de la red pública, único modo que permite el aporte energético.

Un contador de energía eléctrica para medir la inyección de energía a la red a

efectos de cobro.

29

Figura 15. Instalación con conexión a la red


2.2.1.2.3 Instalaciones Híbridas

Se consideran híbridas las instalaciones que incorporan diferentes fuentes generadoras de

energía eléctrica, para una misma aplicación.

La finalidad es la de obtener el máximo aprovechamiento de los recursos energéticos en

todo momento, y así reducir la dependencia de las condiciones atmosféricas y de las

franjas horarias del sol.

Considerando que tales instalaciones están dotadas de paneles fotovoltaicos, dos son las

fuentes adicionales que pueden complementarlas, las cuales son:

Aerogeneradores: su energía se suma a la de los paneles fotovoltaicos en condiciones

de presencia de vientos y durante el día, para ser el suministrador d

Principal durante la noche, cuando los paneles cesen su actividad.

Generadores: están basados en un motor alimentado con combustible, los cuales

pueden entrar en funcionamiento de modo automático cuando la energía disponible

procedente del sistema fotovoltaico sea inferior a la que requiere la aplicación.

30

Figura 16. Instalación hibrida


2.2.1.3 Potencia Generada en Paneles Solares

2.2.1.3.1 Efecto de la orientación e inclinación del panel

La radiación solar es mejor aprovechada en la generación de energía cuando incide de

forma perpendicular sobre los paneles solares, por lo que es muy importante la inclinación

que tengan éstos a la hora de recibir los rayos solares.

Se debe considerar que la inclinación de los rayos del Sol respecto a la superficie varía con

las estaciones del año, teniéndose que en verano los rayos solares llegan con un ángulo

máximo respecto a la horizontal, mientras que en invierno el ángulo es mínimo. Así,

idealmente los paneles solares deberían estar más inclinados con respecto a la horizontal en

invierno que en verano

Figura 17. (a) Radiación solar incidente en invierno (b) Radiación solar incidente en verano.

Fuente: Miranda, 2016

31

Además, la inclinación ideal del panel respecto a la horizontal (𝛽), depende de la latitud en

que se encuentra emplazado el arreglo solar, ya que, a mayor latitud, los rayos solares

llegan con menor inclinación a la superficie terrestre, por lo que es necesario disminuir el

ángulo de inclinación del panel respecto a la horizontal.

βopt = 3.7 + 0.69 ∗ Φ

En esta ecuación Φ es la latitud del lugar.

2.2.1.3.2 Calculo de cantidad de paneles

Una de las partes fundamentales del diseño del sistema FV es el cálculo de la cantidad de

paneles necesarios para cubrir la demanda. Como criterio, se considerará que el peor mes

se debe cubrir la energía demandada.

Se define el número de horas de Sol equivalente (HSE) como las horas que debiera haber

radiación de 1000 W/m2 (radiación estándar).

𝐻𝑆𝐸 =𝐸𝑟𝑎𝑑

1000

De esta forma el número de paneles queda dado por:

#𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 =𝐸𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑑𝑎

𝑛 ∗ 𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 ∗ 𝐻𝑆𝐸

Siendo n la eficiencia del panel, P peak panel la potencia que generaría el panel

seleccionado medida en W, con una potencia estándar radiada de 1000 W/m2 (dato de la

ficha técnica del panel).

2.2.2 Energía Eólica

2.2.2.1 Recurso Eólico

El recurso para la generación de energía eólica es el viento, el cual es generado por

corrientes de aire debido al desigual calentamiento de la superficie de la tierra. Así, la no

uniformidad del flujo de radiación solar incidente hace que unas zonas se calienten más

que otras, provocando movimientos de convección de la masa atmosférica. El aire caliente

32

asciende, arrastrando aire más frío proveniente de una región vecina. Al subir se enfría, por

lo que aumenta su densidad, descendiendo para volver a repetir el ciclo. Así, el viento es

una masa de aire en movimiento, y como tal, contiene una cierta energía cinética.

2.2.2.1.1 Aprovechamiento del viento

La energía del viento se origina por la energía radiante proveniente del sol, la cual se

convierte en energía térmica al ser absorbida por la superficie terrestre. En cada uno de los

pasos de conversión hay una serie de pérdidas, por lo que solamente un pequeño porcentaje

del total de energía absorbida por la superficie terrestre se convierte en viento. A parte de

estas pérdidas, también hay que tener en cuenta que del viento no se puede extraer toda la

energía. Esto obedece a la Ley de Betz, en la cual se concluye que solamente puede

extraerse el 56% de la energía del viento.

2.2.2.1.2 Velocidad del viento

A pesar de las muchas ventajas que tiene la energía eólica (no agresiva con el medio

ambiente, es inagotable) hay que tener en cuenta que tiene el inconveniente de que el

viento es disperso y aleatorio. El gradiente de velocidades es mayor cuanto mayor es la

diferencia de presiones y su movimiento está influenciado por el giro de la Tierra. La

velocidad del viento es una magnitud vectorial y ésta varía de forma aleatoria tanto en

módulo como en dirección y sentido. Los valores medios suelen encontrarse entre 3 y 7

m/s. Sin embargo, dependiendo de la altitud y la topografía éstos pueden ser mayores o

menores (valores mayores en altas montañas, valles estrechos y costas).

A. Pequeños aerogeneradores (Avilio, 2014)

Los pequeños aerogeneradores aumentan cada día su importancia en nuestro país, pero no

se ha visto una disminución en sus costos. No obstante, siguen siendo una de las pocas

alternativas, y en algunos casos la única, que pueden solucionar problemas de

abastecimiento energético en zonas aisladas. Tal como ocurre con las celdas solares, la

gran ventaja de estos pequeños aerogeneradores es la portabilidad del conversor

energético. Son una solución excelente sobre todo cuando trabajan en conjunto a otros

sistemas energéticos portátiles como en el caso de las celdas solares.

Estos sistemas necesitan de un banco de baterías para poder manejar adecuadamente las

fluctuaciones de la generación eléctrica y las fluctuaciones del consumo. Mediante esta

33

interfaz (banco de baterías) se pueden diseñar sistemas donde las baterías cubran

requerimientos de potencia superiores a los que los generadores en su estado nominal

pueden entregar. Lo que tiene que mantenerse dentro del rango de seguridad es la energía

que los recursos naturales pueden entregar a los generadores, la cual tiene que ser mayor a

la energía que los consumos van a utilizar.

2.2.2.1.3 Generadores Eólicos Horizontales

Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al piso. Ésta es

la tecnología que se ha impuesto, por su eficiencia, confiabilidad y la capacidad de

adaptarse a diferentes potencias.

Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen su eje de rotación principal en la parte

superior de la torre, que tiene que enfrentar al viento de alguna manera. Los

aerogeneradores pequeños son dirigidos por una veleta, mientras que los más grandes

utilizan un sensor de dirección y son orientados por servomotores. Dado que la velocidad

de rotación de las aspas es baja, la mayoría hacen uso de una caja reductora para aumentar

la velocidad de rotación del generador eléctrico.

En general, la hélice es emplazada de tal manera que el viento, en su dirección de flujo, la

encuentre antes que a la torre (rotor a barlovento). Esto disminuye las cargas adicionales

que genera la turbulencia de la torre en el caso en que el rotor se ubique detrás de la misma

(rotor a sotavento). Las palas de la hélice se montan a una distancia razonable de la torre y

tienen rigidez alta, de tal manera que al rotar y vibrar naturalmente no choquen con la torre

en caso de vientos fuertes. A pesar de la desventaja en el incremento de la turbulencia,

algunos aerogeneradores, con hélices localizadas en la parte posterior de la torre, han sido

construidos debido a que se orientan en contra del viento de manera natural, sin necesidad

de usar un mecanismo de control. Sin embargo, la experiencia ha demostrado la necesidad

de un sistema de orientación para la hélice que la ubique delante de la torre. La mayoría de

los aerogeneradores actuales son de este último tipo.

2.2.2.1.4 Máquinas Con Rotor a Barlovento (Avilio, 2014)

Las máquinas con rotor a barlovento tiene el rotor de cara al viento. La principal ventaja de

los diseños corriente arriba es que se evita el abrigo del viento tras la torre. La gran

mayoría de los aerogeneradores tienen este diseño. Por otro lado, también hay algo de

34

abrigo enfrente de la torre, es decir, el viento empieza a desviarse de la torre antes de

alcanzarla, incluso si la torre es redonda y lisa. Así pues, cada vez que el rotor pasa por la

torre, la potencia del aerogenerador cae ligeramente. El principal inconveniente del diseño

corriente es que el rotor necesita ser bastante inflexible, y estar situado a una cierta

distancia de la torre.

Figura 18: Aerogenerador a Barlovento


2.2.2.1.5 Máquinas Con Rotor a Sotavento (Avilio, 2014)

La máquina con rotor a sotavento tiene el rotor situado en la parte trasera de la torre. La

ventaja teórica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación,

si el rotor y la góndola tienen un diseño apropiado que hace que la góndola siga al viento

pasivamente.

Otra ventaja más importante es que el rotor puede hacerse más flexible. Esto supone una

ventaja tanto en cuestión de peso como de dinámica estructural de la máquina, es decir, las

palas se curvarán a altas velocidades del viento, con lo que le quitarán parte de la carga a la

torre.

35

El inconveniente principal es la fluctuación de la potencia eólica, debida al paso del rotor a

través del abrigo de la torre. Esto puede crear más cargas de fatiga en la turbina que con un

diseño corriente arriba.

Figura 19. Aerogenerador a Sotavento


2.2.2.1.6 Aerogenerador Tripala (Avilio, 2014)

La mayoría de los aerogeneradores modernos tiene diseño tripala, con el rotor a

barlovento, usando motores eléctricos en su mecanismo de orientación. A este diseño se le

suele llamar el clásico “Concepto Danés”, y tiende a imponerse como estándar al resto de

conceptos evaluados. La gran mayoría de las turbinas vendidas en los mercados mundiales

poseen este diseño. El concepto básico fue introducido por primera vez por el célebre

aerogenerador de Gedser.

36

Figura 20. Aerogenerador horizontal Tripala


B. Flujo de Energía Eólica

La energía eólica tiene una procedencia directa de la energía solar, entre el 1% y 2% de la

energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica, una característica

fundamental de ese tipo de energía es su gran aleatoriedad, por lo que resulta complicado

estimar la cantidad de energía eólica de la que vamos a disponer en un intervalo

determinado de tiempo, además presenta una gran variación local, superior a la de la

energía solar.

Figura 21. Flujo de energía eólica


37

La energía eólica es la energía cinética que posee una masa de aire que se encuentra en

movimiento, asimismo la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es

decir, de su masa por unidad de volumen, en otras palabras, cuanto "más pesado" sea el

aire, más energía recibirá la turbina. Por lo tanto, la variable básica de la que debemos

partir para estimar el potencial eólico de un determinado emplazamiento, es la velocidad de

viento.

2.2.2.2 Método estadístico para medición del recurso Eólico

Para efectos der recurso eólico se recomienda que la medición de las velocidades de viento

se tomen en el transcurso de un año en intervalos de 10 minutos entre medición, lo que

llevaría a tener más de cincuenta mil mediciones al año de velocidades de viento.

(Consultora de energías renovables en España EREDA).

Con este registro en mano, se realizan histogramas de frecuencia para todas las velocidades

de viento y se grafica la probabilidad que presenta un valor de velocidad de viento en un

tiempo determinado. En el caso que la medición fuese anual, la probabilidad será anual.

2.2.2.2.1 Distribución de Weibull

Es una función de probabilidad la cual arroja como resultado la probabilidad en porcentaje

de un cierto número de datos.

𝑓(𝑣) = (𝑘

𝑐) ∗ (

𝑣

𝑐)𝑘−1 ∗ 𝑒−(

𝑣𝑐

)𝑘

Donde k es el parámetro de forma, se trata un parámetro adimensional de la distribución de

Weibull y c es el parámetro de escala, cuyas dimensiones dependerán de las variables

tomadas en cada caso.

Existen numerosos métodos diferentes para realizar el cálculo de los parámetros de forma

k, y escala, c, de la distribución de Weibull. En general resultan todos ellos equivalentes,

variando entre sí su metodología y complejidad.

La velocidad media Ṽ puede ser calculada a partir de la función gamma Г

Ṽ = 𝑐 ∗ Г(1 +1

𝑘)

38

(𝜎

Ṽ)2 = (

Г (1 +2𝑘

)

Г2 (1 +1𝑘

)) − 1

Donde σ es la desviación estándar.

El cálculo de k se obtiene a partir de la siguiente expresión.

𝑘 = (𝜎

Ṽ)−1.086

La altura influye en la velocidad del viento. Cerca del suelo, la velocidad es baja; sin

embargo, puede incrementarse rápidamente al ascender. Tal variación puede representarse

mediante la ecuación de tipo estadístico, conocida como Ley exponencial de Hellmann.

𝑉ℎ = 𝑉10(ℎ

10)𝛼

Dónde:

Vh = Velocidad del viento a una altura h

H = altura

V10 = Velocidad del viento a 10 metros de altura

Alfa = Exponente de Hellmann

El Exponente de Hellmann varía según la rugosidad del terreno.

Tabla 6

Valores del exponente de Hellmann en función de la Rugosidad del Terreno.

Fuente: Fernández, 2003

39

Figura 22. Variación de la velocidad del viento con altura, según la Ley Exponencial de Hellmann.

Fuente: Fernández, 2003

2.2.3 Aprovechamiento del agua de lluvia

2.2.3.1 Precipitaciones

Las precipitaciones obtenidas de distintas estaciones meteorológicas es un factor principal

en la presente tesis. Por lo que, se realizará una descripción de las precipitaciones que

incluirá definiciones, recolección de datos de precipitación, estimación de datos faltantes y

análisis de consistencia.

2.2.3.1.1 Completamiento de datos de precipitación

Para el completamiento de los datos faltantes de precipitación existen diversos métodos.

Por un lado se cuenta con métodos muy sofisticados y costosos como los que utilizan

satélites, programas estadísticos o modelaciones hidrológicas muy complejas, mientras que

por otro lado, existen métodos tradicionales, basados en fórmulas matemáticas simples.

Se puede mencionar en primer lugar, el método de completación por regresión lineal, el

cual utiliza una estación base para establecer constantes de regresión que luego se

utilizarán para determinar el dato faltante de la estación en estudio mediante una ecuación

lineal simple.

𝑦 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑥

Dónde:

y: Precipitación estimada (mm)

40

x: Precipitación de la estación patrón (mm)

a y b: constantes de regresión lineal

2.2.3.1.2 Análisis de consistencia

La confiabilidad de la información disponible es una de las interrogantes que se presenta al

momento de trabajar con datos meteorológicos. La no homogeneidad de los datos

obtenidos se debe a factores humanos o factores naturales, lo cual genera errores

sistemáticos que afectan la información hidrológica. Por ello, se recurre a un análisis de

consistencia mediante métodos estadísticos que permitan identificar las inconsistencias y

minimizar los saltos con datos incoherentes.

Para el análisis de consistencia de los datos de precipitación, se cuenta con la curva doble

masa, la cual compara datos promedio de estaciones base con la estación a analizar, para

comprobar la homogeneidad en la zona estudiada. Las estaciones deben encontrarse en una

zona climática similar, y se deben tomar como datos las precipitaciones mensuales

acumuladas.

Según Aparicio (1992), la curva doble masa es de gran utilidad debido a que muchos de los

errores son compensados si se trabaja con promedios de precipitación acumulada para

varias estaciones, mientras que una sola estación es muy susceptible a verse afectada por

cambios o factores externos. Para que la correlación sea correcta, se debe observar que al

comparar las precipitaciones promedio anuales de las estaciones base con la precipitación

promedio anual de la estación en cuestión, la curva doble masa sea una línea relativamente

recta, la cual no varíe su pendiente. En la siguiente Figura, se puede observar cómo la

curva cambia de pendiente en un año específico, siendo ese el año donde la estación

empezó a operar con condiciones distintas.

41

Figura 23. Curva doble masa.

Fuente: Aparicio, 1992

Se observa que, en este caso, la pendiente empezó a variar en el año 1976, por lo que se

puede corregir la estación en cuestión, multiplicando los datos anteriores a ese año por un

factor de ajuste, el cual se consigue relacionando A / B.

2.2.1.1.Sistema de captación y distribución de agua de lluvia

Para el diseño del sistema de captación y distribución, se utilizará el modelo SCAPT

(Sistema de captación de aguas pluviales en techo), propuesto por el Centro Panamericano

de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS).

Figura 24. Sistema de captación de agua de lluvia en techos.

Fuente: CEPIS, 2004

42

2.2.3.1.3 Captación

La captación está conformada por el techo de la edificación, el cual debe tener la pendiente

y la superficie adecuadas para permitir el escurrimiento del agua. Para efectos de cálculos,

solo se debe emplear la proyección horizontal del área del techo.

Figura 25. Proyección de las áreas efectivas de captación para distintos tipos de techos.

Fuente: CEPIS, 2004

Los materiales a utilizar en los techos están definidos en el estudio de caso. Las opciones

que se pueden considerar son planchas metálicas onduladas, tejas de arcilla, paja, entre

otros, dependiendo de las características físicas y climáticas de la zona de estudio. (CEPIS,

2004)

2.2.3.1.4 Recolección y conducción

La función principal del sistema de recolección y conducción es llevar el agua que cae

directamente de las precipitaciones hacia el tanque de almacenamiento. Se puede dar a

través de canaletas adosadas en los bordes del techo. Éstas deben ser livianas para poder

manejarlas y colocarlas de la mejor manera, resistente al agua como todos los componentes

del sistema principal y debe ser fácil la conexión entre sus partes. El objetivo es evitar al

máximo las posibles fugas de agua que se dan principalmente en los enlaces entre los

elementos. Se pueden hacer de bambú, madera, metal o PVC.

Es muy importante señalar que en todo el proceso se debe asegurar que el agua no se

contamine mediante compuestos orgánicos o inorgánicos que puedan provenir de algún

tipo de conexión mal proyectada. Se debe contar además, con unas mallas o rejillas, que no

permitan que algunos materiales indeseables que por lo general caen al techo obstruyan las

tuberías e impidan que el agua llegue hacia los interceptores. (CEPIS, 2004)

43

2.2.3.1.5 Interceptores

Se le conoce como el dispositivo de descarga de primeras aguas, en el cual se encuentran

todos los elementos indeseables que ha ido reteniendo el techo durante el tiempo que no

había precipitación. Se debe identificar el volumen de agua requerido para el lavado, se

calculará aproximadamente tomando 1 litro por m2. Esta cantidad de agua se debe

almacenar en un primer momento en un tanque adicional de plástico con una llave de

descarga.

Figura 26. Tanque interceptor de primeras aguas.

Fuente: CEPIS, 2004

2.2.3.1.6 Almacenamiento

Se debe dotar de agua a la vivienda en períodos de estiaje, siendo ésta la función principal

del tanque de almacenamiento. De acuerdo con el CEPIS (2004), se deben identificar las

características requeridas para el diseño de este tanque, las cuales se mencionan a

continuación:

Impermeabilidad, necesaria para evitar las pérdidas de agua que se pueden

presentar por transpiración o goteo.

Se deben evitar sobrepresiones por lo que se recomienda que el tanque no sea de

más de 2 metros de altura.

Debe ser un tanque cerrado, dotado con una tapa que impida el ingreso de insectos,

polvo o rayos solares.

44

Debe contar con una escotilla para que se pueda hacer el mantenimiento requerido

cada cierto tiempo. Este elemento debe ser del tamaño necesario para que pueda

ingresar una persona a realizar esta labor.

Para determinar la demanda mensual, se necesita conocer la cantidad de usuarios de la

vivienda a considerar en el diseño, los días del mes analizado y la dotación, la cual es la

cantidad de agua consumida por persona por día.

𝐷𝑖 =𝑁𝑢 ∗ 𝑁𝑑 ∗ 𝐷𝑜𝑡

1000

Dónde:

Nu: Número de usuarios que se benefician con el sistema

Nd: Número de días del mes analizado

Dot: Dotación (litros/persona/día)

Di: Demanda mensual (m3)

Para la determinación del volumen del tanque de almacenamiento, se combina el resultado

anterior de precipitación promedio mensual, con el coeficiente de escorrentía del techo y el

área de captación disponible en la vivienda.

𝐴𝑖 =𝑃𝑝𝑖 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 𝐴𝑐

1000

Dónde:

Ppi: Precipitación promedio mensual (litros/m)

Ce: Coeficiente de escorrentía

Ac: Área de captación (m2)

Ai: Abastecimiento correspondiente al mes i (m3)

45

2.3.Marco Normativo

Decreto Supremo Nº 011-2006-VIVIENDA; Se da la Norma Técnica EM.010

Instalaciones eléctricas interiores. Art. 2º La norma es aplicable en forma

obligatoria a todo proyecto de instalación eléctrica interiores tales como: Vivienda,

Locales Comerciales, Locales Industriales.

Reglamento Técnico Especificaciones Técnicas y Procedimientos de Evaluación

del Sistema Fotovoltaico y sus Componentes para Electrificación Rural. R.D. Nº

003-2007-EM/DGE (2007.02.12).

Código Nacional de Electricidad – Utilización. R.M. Nº 037-2006-MEM/DM

(2006.01.30)

R.N.E. OS090 (23 de mayo del 2006). La presente norma está relacionada con las

instalaciones que requiere una planta de tratamiento de aguas residuales

municipales y los procesos que deben experimentar las aguas residuales antes de su

descarga al cuerpo receptor o a su reutilización.

R.N.E. S010 (2012). Esta Norma contiene los requisitos mínimos para el diseño de

las instalaciones sanitarias para edificaciones en general.

46

3 CAPÍTULO II: DESARROLLO DEL TRABAJO DE TESIS

3.1 Descripción de la Zona de Estudio

Luego de conocer el macro entorno del tipo de vivienda que se plantea diseñar en la

Región de Huancabamba, en Piura, se procede a plantear una propuesta de solución

alternativa a las instalaciones de dicha vivienda, teniendo en cuenta la sostenibilidad de los

recursos naturales presentes en el distrito elegido y la necesidad de otras opciones viables

para tener una mejor calidad de vida.

3.1.1. Análisis de los Aspectos Demográficos y Sociales

3.1.1.1.Composición de la Población

La Provincia de Huancabamba es predominantemente rural, donde el 87.6% vive en zonas

rurales. Al interior de ella, los distritos con mayor proporción de población rural son

Sondorillo con 97%, El Carmen de la Frontera con 96.2% y Huarmaca con 94.5%, tal

como se muestra la Tabla 7. Al igual que el Censo de 1993, esta predominancia de zona

rural se mantuvo en estos tres distritos, tal como se muestra en la Tabla 8.

Tabla 7

Total de Población en la Provincia de Huancabamba según el tipo de zona.

Fuente: INEI, 2010

N° % N° %

Sondorillo 10207 97.0 311 3.0 10518

Huamaca 37230 94.5 2186 5.5 39416

El Carmen de la Frontera 12194 96.2 487 3.8 12681

San Miguel de El Faique 8113 89.2 983 10.8 9096

Lalaquiz 4547 88.9 568 11.1 5115

Sóndor 7412 88.2 987 11.8 8399

Canchaque 7241 80.8 1716 19.2 8957

Huancabamba 21996 73.0 8120 27.0 30116

Total Provincial 108940 87.6 15358 12.4 124298

Distrito

Poblacion

Rural Urbana Total

N°

47

Tabla 8

Total de Población en la Provincia de Huancabamba según el tipo de zona

Fuente: INEI 1995

Asimismo, según el INEI (2015), las proyecciones de la población total en Huancabamba

son tal como se muestra en la Tabla 9. Para poder determinar la cantidad de población por

zona rural y urbana, se puede estimar por el método geométrico de crecimiento medio, tal

como se muestra en la Tabla10, donde aún se obtiene la predominancia rural en los

distritos de Sondorillo con 96.3%, El Carmen de la Frontera con 95.9% y Huarmaca con

92.9%.

Tabla 9

Proyección de la Población Total en la Provincia de Huancabamba al 2015

Fuente: INEI, 2015

Tabla 10

Determinación de la Proyección de Población en Huancabamba según el tipo de zona.

N° % N° %

Sondorillo 9638 98.2 178 1.8 9816

Huamaca 34081 96.6 1184 3.4 35265

El Carmen de la Frontera 10089 96.6 360 3.4 10449

San Miguel de El Faique 8242 91.1 802 8.9 9044

Lalaquiz 5420 90.3 579 9.7 5999

Sóndor 7130 90.2 771 9.8 7901

Canchaque 8016 78.7 2167 21.3 10183

Huancabamba 22330 77.5 6472 22.5 28802

Total Provincial 104946 89.3 12513 10.7 117459

Distrito Rural Urbana

Poblacion

Total

N°

Sondorillo 10758

Huamaca 41238

El Carmen de la Frontera 13864

San Miguel de El Faique 8994

Lalaquiz 4626

Sóndor 8564

Canchaque 8235

Huancabamba 30404

Total Provincial 126683

Distrito

Poblacion

Total

N°

Distrito Rural Urbano Log Pa Log Pf Log Pf - Log Pa Log (1+r) r

Sondorillo 10355 403 2.25 2.49 0.24 0.0162 0.0379

Huamaca 38328 2910 3.07 3.34 0.27 0.0178 0.0417

El Carmen de la Frontera 13304 560 2.56 2.69 0.13 0.0087 0.0203

San Miguel de El Faique 7914 1080 2.90 2.99 0.09 0.0059 0.0137

Lalaquiz 4064 562 2.76 2.75 -0.01 -0.0006 -0.0013

Sóndor 7457 1107 2.89 2.99 0.11 0.0072 0.0166

Canchaque 6697 1538 3.34 3.23 -0.10 -0.0068 -0.0154

Huancabamba 21378 9026 3.81 3.91 0.10 0.0066 0.0152

Total Provincial 109785 16898 4.10 4.19 0.09 0.0059 0.0138

Total

Año

2017

126683

Pf=Pa(1+r)^n

Log Pf =Log Pa +nLog(1+r)

48

Fuente: Elaboración propia

3.1.1.2.Distribución por Centros Poblados, Caseríos y Anexos

La Provincia de Huancabamba de acuerdo de acuerdo a su estructura organizacional cuenta

con: 1 ciudad, 1 villa, 9 pueblos, 29 caseríos, 108 anexos, 15 unidades agropecuarias, 1

campamento minero y 4 barrios o cuarteles. (Programa de Inversión en Infraestructura

Básica Rural, 2003). En resumen a nivel de distritos es la siguiente:

Tabla 11

Distribución de Centro Poblados, Caseríos y Anexos

Fuente: INEI, 2010

Distrito: Sondorillo

Hombre Mujer Total

Pueblo 107 90 197

Caserios 4997 5281 10278

Anexos 186 188 374

Total 5290 5559 10849

DescripcionPoblacion

Distrito: El Carmen de la Frontera

Hombre Mujer Total

Pueblo 212 217 429

Caserios 5765 5870 11635

Anexos 196 172 368

Total 6173 6259 12432


Distrito: Huarmaca

Hombre Mujer Total

Villa 638 687 1325

Caserios 15428 15433 30861

Anexos 3644 3632 7276

Total 19710 19752 39462

PoblacionDescripcion

Distrito: Canchaque

Hombre Mujer Total

Pueblo 1182 1269 2451

Caserios 3793 3643 7436

Anexos 708 650 1358

Campamento Minero 163 107 270

Total 5846 5669 11515


Distrito: Huancabamba

Hombre Mujer Total

Ciudad 505 507 1012

Pueblo 493 475 968

Caserios 10941 11088 22029

Anexos 95 77 172

Unidad agraria 531 534 1065

Barrio 2299 2464 4763

Total 14864 15145 30009


Distrito: Lalaquiz

Hombre Mujer Total

Pueblo 378 301 679

Caserios 3135 2892 6027

Anexos 53 42 95


Total 3685 3349 7034

PoblacionDescripcion

Distrito: San Miguel del Faique

Hombre Mujer Total

Pueblo 477 482 959

Caserios 4784 4773 9557

Anexos 126 161 287


Total 5388 5418 10806


Distrito: Sondor

Hombre Mujer Total

Pueblo 416 424 840

Caserios 3823 3783 7606

Anexos 80 84 164

Total 4319 4291 8610


49

3.1.1.3.Cobertura y distribución del servicio de saneamiento y electrificación

Las viviendas no cuentan con el mínimo de los servicios básicos, afectando la calidad de

vida de la población. Los servicios de agua potable, desagüe y electricidad existentes en la

zona son limitados, y no llegan a la gran mayoría de habitantes; y los que existen están

concentrados en la capital de cada distrito y en las localidades con significativa población.

Muy pocas viviendas tienen desagüe, el agua de uso poblacional no recibe el tratamiento.

Esto demuestra los bajos niveles de saneamiento al que tienen acceso los habitantes. El

total de viviendas asciende a 26083. Dos tercios de ellas no cuentan con agua, desagüe ni

alumbrado eléctrico. El 73% no dispone de energía eléctrica, el 89% no dispone de

desagüe y el 79% no dispone de abastecimiento de agua. En la Tabla 12, se muestran las

carencias de servicios básicos por distritos de la provincia de Huancabamba,

evidenciándose que los más alejados son los que presentan los índices más elevados,

siendo precisamente los índices de pobreza más elevados, por ejemplo el distrito de

Sondorillo y Lalaquiz.

A excepción de Huancabamba, Canchaque y Sóndor, más del 90% de la población en los

demás distritos no cuentan con servicio de desagüe, incidiendo en las condiciones de salud

y proliferación de enfermedades, principalmente enfermedades diarreicas aguas.

Igualmente, la carencia del servicio de electricidad, además de las limitaciones que impone

en los hogares al excluir el uso de artefactos eléctricos y alumbrado doméstico, restringe el

desarrollo productivo y las posibilidades de una mínima capacidad de transformación de

los recursos naturales. En el distrito de Sondorillo la carencia de estos servicios son

notables, al tener una carencia de desagüe del 96.7% y de electricidad de 88%,

prácticamente inexistentes.

Esta situación de privación de dichas necesidades básicas, evidencia la urgente necesidad

de propuestas viables sostenibles que posibilite el acceso a estos servicios para superar las

actuales condiciones de pobreza y extrema pobreza de esta población.

50

Tabla 12

Carencia de cobertura de Servicios Básicos por distrito en Huancabamba.

Fuente: INEI, 2010

3.2 Descripción de la Vivienda

La vivienda es de tipo rural, siendo su ubicación global en las comunidades del Distrito de

Sondorillo, Provincia de Huancabamba, en la Región Piura, debido a la problemática

identificada por la carencia de los servicios básicos y por la necesidad de un refugio que

cumplan con las expectativas adecuadas para poder habitar. En promedio las viviendas en

Sondorillo cuentan con un área de 50 m2, y habitan en promedio 4 personas (INEI, 2018).

3.2.1 Determinación de las necesidades de la vivienda

Según los datos del INEI (2010), los artefactos más usados por el poblador de Sondorillo

son el radio con un 99.5 % de uso, televisor con un 4% de uso, artefactos y

electrodomésticos con un 46.8% y máquina de coser con un 99.5%. Asimismo, debido que

las viviendas en dicho distrito no cuenta con una red de agua ni desagüe, esto se puede

reflejar en las cifras del INEI, donde menciona la mayor captación de agua para consumo

es del manantial, acequia y ríos con un 59.6%, y agua de pozo con un 32.7%.

Sin Agua (%) Sin desague (%) Sin Electricidad (%)

Sondorillo 95.3 96.7 88

Huamaca 88 94.2 76.2

El Carmen de la Frontera 81.9 95.6 80.9

San Miguel de El Faique 88.9 92.8 55.2

Lalaquiz 99 97.3 71.4

Sóndor 59.6 88.7 67.6

Canchaque 37.9 78.3 72.3

Huancabamba 71 78.7 67.5

Total Provincial 78.6 89.1 72.8

DistritoViviendas

51

3.2.2 Análisis de los Recursos Naturales

El clima en el ámbito de la provincia de Huancabamba está influenciado por dos factores

importantes: la cordillera de los Andes y la Contracorriente Ecuatorial. La primera, en la

parte norte presenta elevaciones relativamente bajas que permite el paso de las masas de

aire húmedo provenientes del Atlántico hacia el Pacifico, lo cual no sucede en la parte sur.

La Contracorriente Ecuatorial, debido a su avance hacia el sur de la zona de convergencia

intertropical, origina un desequilibrio climático, conocido como el Fenómeno del Niño,

que se manifiesta cíclicamente, ocasionando lluvias torrenciales, que dan lugar a

incrementos desmesurados de los caudales de los ríos, originando desbordes, inundaciones

y serios daños materiales a la agricultura y a la población.

El ambiente de la zona de estudio forma parte de la sub cuenca hidrográfica Huancabamba

correspondiente a la Vertiente del Atlántico y la parte alta de las cuencas Piura, Cascajal y

Olmos de la vertiente del Pacifico.

Para el análisis se ha considerado a tres elementos meteorológicos: Precipitación Pluvial,

Temperatura y velocidad de viento. Los datos han sido tomados de la estación

climatológica ordinaria de Huancabamba; así como las estaciones pluviométricas de

Sondorillo, Sondor, tal como se muestra en la Tabla 13.

Tabla 13

Ubicación de Estaciones Meteorológicas.


3.2.2.1 Precipitación Pluvial

Para evaluar el comportamiento de la precipitación pluvial se ha analizado la información

pluviométrica de las estaciones meteorológicas mencionadas en la Tabla 13.

3.2.2.1.1 Red de Estaciones

Mediante el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) y la Autoridad

Nacional del Agua (ANA), se pudo obtener las estaciones más cercanas y que tienen la

52

mayor predominancia para la obtención de datos pluviométricos en el Distrito de

Sondorillo.

Tabla 14

Ubicación de la Estación Meteorológica de Huancabamba


Tabla 15

Ubicación de la Estación Meteorológica de Sondorillo


Tabla 16

Ubicación de la Estación Meteorológica de Hacienda Shumaya

53


Para que la obtención y análisis de datos sean confiables se requiere como mínimo una

serie histórica de 30 años, otros autores como la Organización Panamericana de la Salud

(OPS, 2004), menciona que para la captación de agua pluvial por lo menos se debe conocer

datos pluviométricos de los últimos 10 años e idealmente de los últimos 15 años. Sin

embargo, teniendo en cuenta la disponibilidad de datos pluviométricos de las estaciones

mencionadas, se decide tomar una serie histórica de por lo menos 30 años.

3.2.2.1.2 Recolección y Selección Datos de Precipitación

Para la recolección de los datos de precipitación se incidió en dos opciones. La primera

opción fue la obtención de datos del SENAMHI donde se obtienen data desde 1987 hasta

el 2017, la segunda opción fue la obtención de datos de la ANA como medida

complementaria al completar datos en aquellos meses donde el SENAMHI no los

brindaba.

Tabla 17

Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la estación meteorológica Huancabamba.

54

Fuente: SENAMHI, 2018

Tabla 18

Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la estación meteorológica Sondorillo

n= 31

Año/Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre

1987 46.70 44.30 41.10 66.20 34.00 1.00 45.10 38.60 6.10 46.10 30.80 16.20 416.20

1988 60.70 76.70 22.00 43.70 32.20 17.80 10.60 8.20 23.50 32.00 69.50 63.20 460.10

1989 86.60 75.60 94.00 48.20 23.60 18.50 0.90 2.10 10.90 82.80 2.20 9.90 455.30

1990 35.30 35.10 30.00 44.60 33.80 20.40 2.10 3.60 2.80 51.70 59.80 40.30 359.50

1991 33.90 31.90 0.00 7.80 0.80 14.50 9.10 31.50 129.50

1992 30.30 44.00 29.70 28.30 8.70 7.30 0.00 3.30 17.50 20.30 37.10 226.50

1993 69.30 110.80 251.50 67.20 34.80 1.20 8.70 2.40 15.70 66.80 63.20 147.00 838.60

1994 68.30 105.70 160.00 99.10 34.50 9.10 4.50 34.40 28.50 8.30 58.30 42.70 653.40

1995 38.60 29.90 87.30 62.80 40.50 3.10 35.00 3.10 4.70 14.00 78.50 65.20 462.70

1996 48.90 56.80 87.90 30.90 17.20 6.90 4.80 8.30 5.20 38.30 16.00 16.10 337.30

1997 49.80 54.70 30.00 31.40 9.00 3.60 8.60 0.50 10.90 46.40 107.20 41.00 393.10

1998 53.70 85.10 77.90 78.20 42.30 13.80 12.20 0.60 4.20 84.00 26.10 26.90 505.00

1999 86.90 164.40 136.60 60.80 97.40 22.50 17.30 6.60 47.20 32.50 39.90 92.60 804.70

2000 41.50 124.60 133.10 78.70 72.40 23.60 1.50 10.50 67.40 1.40 2.00 65.70 622.40

2001 63.20 59.20 85.00 57.50 19.80 63.70 38.60 10.00 23.70 26.60 70.70 55.20 573.20

2002 27.40 101.00 84.40 119.50 24.20 1.40 22.60 0.00 5.00 80.70 26.80 37.50 530.50

2003 35.90 49.70 58.50 51.80 24.20 35.40 6.10 0.90 3.50 19.00 54.70 34.60 374.30

2004 48.60 11.50 26.50 98.90 29.20 7.20 10.40 0.20 11.10 70.20 82.00 78.10 473.90

2005 27.10 103.50 129.20 70.20 31.60 7.70 0.30 0.00 8.50 50.10 26.30 83.90 538.40

2006 44.60 107.60 142.30 69.20 16.40 8.30 1.90 0.80 7.30 53.20 61.60 61.50 574.70

2007 43.90 13.00 51.00 99.70 38.60 54.50 3.40 16.60 3.80 85.40 112.80 60.60 583.30

2008 52.10 110.10 71.00 43.30 9.10 22.80 22.00 3.10 73.80 69.30 8.80 485.40

2009 152.50 106.00 83.30 63.00 404.80

2010 0.00

2011 61.50 161.50 29.80 19.10 35.80 54.00 52.40 51.50 116.50 122.40 704.50

2012 146.70 154.40 74.40 39.80 22.10 17.40 6.50 11.30 2.80 138.20 103.50 69.70 786.80

2013 53.30 49.10 42.90 15.00 91.40 5.60 15.80 3.00 9.50 96.80 0.50 382.90

2014 28.50 38.40 150.20 14.20 87.20 26.00 3.00 17.50 3.40 58.90 63.90 59.60 550.80

2015 95.10 20.60 157.30 52.80 13.60 22.20 9.20 1.00 21.00 26.60 7.40 426.80

2016 80.00 70.50 67.10 80.90 5.90 21.30 15.60 0.00 24.70 5.60 13.30 82.10 467.00

2017 69.00 64.20 246.70 7.20 4.20 391.30

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Huancabamba Precipitacion

Anual (mm)

55


n= 31

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre

1987 45.80 9.00 24.00 75.30 11.10 0.00 17.10 24.60 6.60 34.70 22.00 12.30 282.50

1988 88.50 57.00 11.10 43.20 23.20 7.20 3.50 3.90 29.50 16.10 68.10 88.00 439.30

1989 96.40 77.90 78.70 7.00 19.20 0.00 0.00 0.00 0.00 56.10 0.00 7.00 342.30

1990 26.60 22.50 24.50 61.90 8.90 0.00 0.00 3.30 9.10 77.30 82.20 56.00 372.30

1991 10.40 33.50 75.50 26.70 3.70 3.20 0.00 0.00 0.00 19.40 9.00 38.30 219.70

1992 12.20 35.70 24.40 35.30 19.00 5.80 0.00 3.50 18.80 17.40 29.00 53.30 254.40

1993 26.60 84.60 161.20 27.90 34.20 0.00 0.00 0.00 16.90 54.10 405.50

1994 64.50 113.40 102.10 89.10 25.00 4.70 4.90 6.10 13.50 2.90 17.50 27.10 470.80

1995 14.20 23.90 28.90 28.00 13.70 0.00 4.20 3.50 12.50 5.90 30.90 83.40 249.10

1996 48.70 36.20 46.80 28.70 13.90 4.80 5.70 0.00 8.60 19.30 14.10 9.40 236.20

1997 43.20 54.20 17.40 30.80 3.60 2.90 2.80 0.00 4.20 35.60 51.50 40.30 286.50

1998 18.20 83.40 118.60 95.00 56.50 5.60 5.30 0.00 9.40 69.30 17.70 31.80 510.80

1999 68.10 94.70 105.70 49.40 79.40 16.80 11.40 4.40 23.10 6.80 8.20 102.00 570.00

2000 39.40 69.00 110.40 65.70 30.40 31.80 2.00 8.00 57.20 0.00 0.00 47.60 461.50

2001 56.10 33.00 83.20 22.60 12.20 40.70 20.70 3.40 24.80 25.30 67.40 25.20 414.60

2002 15.00 54.20 57.60 73.50 15.90 1.20 15.40 0.00 0.00 70.90 23.80 327.50

2003 17.50 17.20 23.60 26.00 9.20 10.80 2.80 2.00 3.40 21.40 20.10 18.20 172.20

2004 24.40 2.40 5.10 43.40 15.90 3.80 3.20 0.00 10.10 78.80 62.10 54.10 303.30

2005 16.30 65.40 124.10 26.00 11.20 1.90 0.00 0.00 10.80 30.10 22.60 59.30 367.70

2006 41.60 66.10 133.80 37.50 0.00 9.00 2.10 0.00 2.00 30.70 29.60 43.20 395.60

2007 25.10 17.50 75.20 78.50 22.10 16.60 1.00 8.50 4.60 89.00 123.20 36.70 498.00

2008 39.30 182.2 81.00 75.70 7.90 9.00 3.00 4.00 0.00 30.10 55.50 6.40 494.10

2009 91.20 39.00 72.00 31.00 0.00 8.80 3.80 3.00 0.00 0.00 21.40 21.20 291.40

2010 17.90 80.80 25.00 36.00 9.20 5.30 3.30 0.00 1.80 17.20 44.20 50.30 291.00

2011 23.80 50.30 23.00 56.20 22.40 4.50 3.20 0.00 24.30 33.20 74.00 76.50 391.40

2012 83.30 89.60 45.60 40.90 5.60 9.60 0.00 1.70 0.00 57.10 56.30 17.80 407.50

2013 9.30 16.30 29.90 13.40 48.60 0.00 8.20 3.60 3.20 60.00 0.00 34.20 226.70

2014 9.60 21.00 92.70 22.50 7.20 1.20 0.00 4.50 0.00 45.20 22.20 12.10 238.20

2015 75.70 6.30 123.90 32.60 22.00 8.30 4.50 0 0.00 12.20 29.20 314.70

2016 81.70 29.90 33.00 29.80 174.40

2017 81.30 56.20 220.60 4.00 0.00 362.10

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Sondorillo Precipitacion

Anual (mm)

56

Tabla 19

Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la estación meteorológica Hacienda

Shumaya.


Asimismo, existe una predominancia de datos que estaban incompletos, por lo que se

dispone a coger como base los datos pluviométricos de la NASA y ANA al introducir

coordenadas de la estación en Sondorillo, ya que es la referencia en esta investigación. Los

datos obtenidos por la NASA son de un periodo de 14 años, desde 1987 hasta el 2000 tal

como se muestra en la Tabla 20, y los datos obtenidos de la ANA son de un periodo de 17

años, desde el 2001 hasta el 2017 tal como se muestra en la Tabla 21.

n= 31


1987 58.00 74.20 45.50 106.90 45.50 60.50 35.50 33.50 59.50 66.80 51.50 100.60 738.00

1988 63.00 80.30 38.20 56.00 48.00 30.00 90.00 23.50 54.00 31.50 118.00 79.00 711.50

1989 87.00 87.80 77.30 89.50 96.00 112.50 52.50 56.00 12.80 40.50 15.00 9.00 735.90

1990 88.00 47.50 70.50 92.30 95.50 65.50 65.50 46.00 43.00 75.00 74.00 100.30 863.10

1991 85.00 54.30 68.90 76.00 45.50 24.50 48.00 55.50 37.50 76.00 25.50 15.50 612.20

1992 16.50 36.00 67.50 65.50 61.00 90.20 56.90 41.90 16.50 46.20 69.50 94.50 662.20

1993 81.50 94.00 242.10 96.00 58.90 100.20 26.80 69.00 66.50 123.40 53.00 194.80 1,206.20

1994 144.50 173.40 227.00 151.50 78.70 90.50 68.00 78.00 117.10 39.50 53.80 118.80 1,340.80

1995 68.90 43.50 122.00 55.00 61.60 15.00 62.00 12.00 20.50 65.00 62.50 122.00 710.00

1996 90.50 96.70 111.90 73.50 45.60 51.20 44.30 70.80 57.30 43.20 33.60 35.00 753.60

1997 86.30 86.40 75.40 103.20 101.30 12.70 39.70 36.80 14.00 51.50 109.30 73.10 789.70

1998 68.10 153.00 257.60 261.00 110.00 151.30 96.80 19.00 72.20 138.80 81.10 65.20 1,474.10

1999 274.90 167.70 264.40 207.80 311.30 89.20 109.40 77.30 58.30 47.50 26.50 228.20 1,862.50

2000 77.50 200.10 260.10 208.10 200.50 98.20 43.00 56.50 192.30 36.60 29.50 196.80 1,599.20

2001 147.70 92.10 194.00 123.90 70.80 268.40 107.70 71.80 97.00 84.50 146.70 56.40 1,461.00

2002 118.70 149.10 116.50 209.80 73.80 31.00 63.00 31.20 3.50 149.40 53.70 81.00 1,080.70

2003 67.30 80.30 121.90 165.00 136.20 111.90 64.00 0.00 22.50 24.50 81.70 78.50 953.80

2004 44.60 26.50 140.80 134.20 69.00 97.30 56.50 12.00 25.00 136.20 61.70 163.40 967.20

2005 35.90 184.90 200.00 193.70 53.30 73.00 7.00 0.00 20.40 105.90 85.40 116.80 1,076.30

2006 133.00 90.43 247.03 57.84 27.00 88.10 26.03 38.20 10.01 68.50 73.13 81.30 940.57

2007 104.50 87.70 127.60 100.50 115.52 159.60 23.31 72.50 16.02 127.70 155.00 40.70 1,130.65

2008 83.71 226.90 99.50 143.40 32.20 29.91 101.11 50.90 17.10 73.40 106.20 46.50 1,010.83

2009 111.70 110.10 98.60 101.50 22.20 30.20 35.30 24.30 52.90 20.00 41.00 55.70 703.50

2010 75.90 61.50 52.70 84.20 5.00 0.00 80.60 28.10 58.40 64.80 511.20

2011 43.70 80.30 78.80 98.10 97.00 47.20 131.70 33.40 104.40 66.80 130.70 122.50 1,034.60

2012 142.10 97.40 114.50 91.90 95.30 76.70 29.50 60.20 32.30 75.80 73.20 33.40 922.30

2013 65.90 58.90 58.90 53.80 100.40 42.20 54.54 33.40 36.60 76.20 4.00 61.10 645.94

2014 35.80 41.80 119.40 28.40 112.20 79.00 26.70 39.90 5.10 40.70 52.30 44.40 625.70

2015 122.40 194.60 69.40 40.60 41.80 34.40 8.20 32.30 34.50 87.10 665.30

2016 0.00

2017 56.40 53.70 188.70 91.90 35.40 12.10 438.20

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Hacienda Shumaya Precipitacion

Anual (mm)

57

Tabla 20

Serie Histórica base de la NASA de la precipitación mensual según coordenadas

cartesianas en influencia a Sondorillo.

Fuente: NASA, 2018

Tabla 21

Serie Histórica base de la ANA de la precipitación mensual según coordenadas

cartesianas en influencia a Sondorillo.

Fuente: ANA, 2018

Completamiento de datos de Precipitación

Para el completamiento de los datos de precipitación, se utilizara el método de regresión

lineal. En principio, se debe calcular el coeficiente de correlación de las estaciones

n= 14


1987 131.84 68.83 90.84 58.10 30.36 3.15 20.41 10.61 12.10 24.18 37.70 26.31 514.43

1988 72.45 127.48 29.79 78.31 41.45 10.03 10.99 13.90 20.54 36.52 40.03 37.87 519.36

1989 150.53 172.50 200.28 68.63 15.17 11.21 6.25 5.94 34.62 67.65 6.94 8.19 747.91

1990 67.78 112.11 96.71 120.03 33.67 26.72 9.49 10.00 6.42 47.67 57.32 98.20 686.12

1991 67.82 86.46 188.10 58.87 45.66 12.25 5.02 13.89 14.51 22.32 17.08 22.36 554.34

1992 28.77 68.58 110.85 108.99 39.49 9.39 7.57 8.61 25.97 46.02 51.66 39.05 544.95

1993 50.40 146.65 195.32 225.11 47.36 12.41 12.19 4.88 18.38 74.21 25.21 113.23 925.35

1994 119.53 113.95 158.98 104.33 26.28 8.34 13.59 11.85 8.44 20.97 31.13 86.83 704.22

1995 61.85 175.76 158.79 39.71 43.25 5.55 19.60 12.43 4.39 21.01 69.92 75.45 687.71

1996 73.81 83.15 138.19 59.62 23.87 16.02 6.77 9.25 16.81 54.21 15.14 19.49 516.33

1997 32.17 76.14 79.12 78.73 30.99 11.69 8.44 9.53 24.42 47.97 87.30 158.40 644.90

1998 253.42 388.47 236.60 174.37 78.20 16.18 4.13 17.81 25.12 47.93 24.03 10.54 1,276.80

1999 91.08 221.78 128.64 61.11 91.93 29.51 9.41 12.52 38.61 27.02 29.65 77.18 818.44

2000 53.27 103.20 175.83 109.05 58.29 27.76 16.78 8.87 33.02 13.47 8.05 69.56 677.15

Promedio 89.62 138.93 142.00 96.07 43.28 14.30 10.76 10.72 20.24 39.37 35.80 60.19 701.29

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Base NASA Precipitacion

Anual (mm)

n= 17


2001 93.33 38.31 121.71 33.15 26.25 8.49 16.20 7.23 63.96 13.50 55.74 21.99 499.86

2002 23.52 45.75 148.86 141.30 18.24 12.42 19.77 5.22 4.65 45.69 15.96 18.00 499.38

2003 17.64 7.29 90.39 19.32 7.20 30.60 23.91 19.38 6.06 13.53 18.60 18.00 271.92

2004 34.53 24.48 27.00 69.45 24.57 6.60 39.75 15.21 14.43 46.20 32.82 42.21 377.25

2005 16.71 19.20 221.04 48.27 9.45 21.63 18.84 10.17 24.66 23.61 17.04 40.20 470.82

2006 20.94 122.58 241.68 47.67 13.38 21.81 18.36 14.31 3.36 22.35 30.93 18.24 575.61

2007 33.69 36.09 90.27 81.78 28.35 23.46 37.20 10.62 10.83 43.68 35.49 40.53 471.99

2008 25.11 199.14 273.27 88.92 21.87 29.04 6.93 10.41 5.13 32.58 51.87 6.06 750.33

2009 95.58 65.19 110.46 26.58 11.88 10.41 24.48 3.48 0.00 6.54 11.07 0.96 366.63

2010 9.93 122.31 69.90 59.94 21.48 44.31 22.65 12.00 9.09 14.76 43.86 41.28 471.51

2011 59.04 100.53 83.76 127.26 5.52 5.85 12.60 0.00 28.44 9.18 88.23 24.12 544.53

2012 61.80 190.23 81.87 85.86 2.55 4.71 8.52 5.07 2.76 53.16 19.86 4.71 521.10

2013 12.06 20.28 79.83 4.89 60.39 6.87 1.71 0.00 9.93 52.92 3.54 14.97 267.39

2014 32.97 1.11 155.94 22.08 15.27 13.89 13.41 0.00 3.12 18.45 9.72 14.19 300.15

2015 100.89 27.42 216.78 25.74 15.81 4.83 8.46 0 2.46 1.23 14.88 1.29 419.79

2016 26.94 17.85 121.02 38.43 0.00 22.47 0.00 5.55 27.54 4.77 4.38 17.16 286.11

2017 89.79 135.03 456.12 58.92 36.60 23.40 3.09 19.59 29.88 31.47 18.29 31.59 933.77

Promedio 44.38 68.99 152.35 57.62 18.75 17.11 16.23 8.13 14.49 25.51 27.78 20.91 472.24

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Base ANA Precipitacion

Anual (mm)

58

consideradas en el análisis. Para determinar el coeficiente de correlación se utilizó la

herramienta del programa Excel “Análisis de Datos”, ver Figura 32.

Figura 27. Pestaña de Análisis de Datos en programa Excel


Con ello, y mediante el método de mínimos cuadrados realizados en Excel se realizó la

comparación de la estación a completar con respecto a las estaciones bases, y así verificar

el coeficiente de correlación. Asimismo, se verifico si existe correlación o no mediante la

prueba t-student, este análisis también se realizó en Excel.

A. Estación Huancabamba

Para la completación de datos de la estación Huancabamba se realizó en análisis el función

de las dos estaciones bases, ya que se presencia ausencia de datos tanto en el periodo de

1987 hasta 2000, como del periodo de 2001 hasta 2017.

Primer Periodo

59

Tabla 22

Método de mínimos cuadrados en Excel para determinar la correlación entre la Estación

Huancabamba y NASA


Tabla 23

Determinación del coeficiente de correlación mediante mínimos cuadrados en Excel entre

la Estación Huancabamba y NASA


60

Tabla 24

Determinación del coeficiente de correlación mediante Análisis de Datos en Excel entre

la Estación Huancabamba y NASA


Tabla 25

Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Huancabamba y NASA.


Con el análisis obtenido se verifica que sí existe correlación entre la Estación

Huancabamba y la estación base de la NASA, por lo que se procedió a realizar la

completación de datos, tal como se muestra en la Tabla 26.

61

Tabla 26

Completación de datos Primer Periodo de la Estación Huancabamba.


Segundo Periodo

Tabla 27


Huancabamba y ANA


62

Tabla 28


la Estación Huancabamba y ANA.


Determinación del coeficiente de correlación mediante Análisis de Datos en Excel entre la

Estación Huancabamba y ANA.


Tabla 29

Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Huancabamba y ANA.


63

Tabla 30

Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Huancabamba


64

Tabla 31

Completación de datos en la Serie Histórica de precipitaciones mensuales de la estación

meteorológica Huancabamba


B. Estación Sondorillo

Para la completación de datos de la estación Sondorillo se realizó el análisis en función de

las dos estaciones bases, ya que se presencia ausencia de datos tanto en el periodo de 1987

hasta 2000, como del periodo de 2011 hasta 2017.

Primer Periodo

n= 31


1987 46.70 44.30 41.10 66.20 34.00 1.00 45.10 38.60 6.10 46.10 30.80 16.20 416.20

1988 60.70 76.70 22.00 43.70 32.20 17.80 10.60 8.20 23.50 32.00 69.50 63.20 460.10

1989 86.60 75.60 94.00 48.20 23.60 18.50 0.90 2.10 10.90 82.80 2.20 9.90 455.30

1990 35.30 35.10 30.00 44.60 33.80 20.40 2.10 3.60 2.80 51.70 59.80 40.30 359.50

1991 33.90 31.90 118.68 40.87 32.92 12.80 0.00 7.80 0.80 14.50 9.10 31.50 334.76

1992 30.30 44.00 29.70 28.30 8.70 7.30 0.00 3.30 17.50 20.30 37.10 28.94 255.44

1993 69.30 110.80 251.50 67.20 34.80 1.20 8.70 2.40 15.70 66.80 63.20 147.00 838.60

1994 68.30 105.70 160.00 99.10 34.50 9.10 4.50 34.40 28.50 8.30 58.30 42.70 653.40

1995 38.60 29.90 87.30 62.80 40.50 3.10 35.00 3.10 4.70 14.00 78.50 65.20 462.70

1996 48.90 56.80 87.90 30.90 17.20 6.90 4.80 8.30 5.20 38.30 16.00 16.10 337.30

1997 49.80 54.70 30.00 31.40 9.00 3.60 8.60 0.50 10.90 46.40 107.20 41.00 393.10

1998 53.70 85.10 77.90 78.20 42.30 13.80 12.20 0.60 4.20 84.00 26.10 26.90 505.00

1999 86.90 164.40 136.60 60.80 97.40 22.50 17.30 6.60 47.20 32.50 39.90 92.60 804.70

2000 41.50 124.60 133.10 78.70 72.40 23.60 1.50 10.50 67.40 1.40 2.00 65.70 622.40

2001 63.20 59.20 85.00 57.50 19.80 63.70 38.60 10.00 23.70 26.60 70.70 55.20 573.20

2002 27.40 101.00 84.40 119.50 24.20 1.40 22.60 0.00 5.00 80.70 26.80 37.50 530.50

2003 35.90 49.70 58.50 51.80 24.20 35.40 6.10 0.90 3.50 19.00 54.70 34.60 374.30

2004 48.60 11.50 26.50 98.90 29.20 7.20 10.40 0.20 11.10 70.20 82.00 78.10 473.90

2005 27.10 103.50 129.20 70.20 31.60 7.70 0.30 0.00 8.50 50.10 26.30 83.90 538.40

2006 44.60 107.60 142.30 69.20 16.40 8.30 1.90 0.80 7.30 53.20 61.60 61.50 574.70

2007 43.90 13.00 51.00 99.70 38.60 54.50 3.40 16.60 3.80 85.40 112.80 60.60 583.30

2008 52.10 136.34 110.10 71.00 43.30 9.10 22.80 22.00 3.10 73.80 69.30 8.80 621.74

2009 152.50 106.00 83.30 63.00 32.22 31.41 39.23 27.55 25.62 29.25 31.77 26.15 648.01

2010 31.14 93.62 64.48 58.94 37.56 50.25 38.21 32.29 30.67 33.82 50.00 48.57 569.57

2011 58.44 81.51 61.50 161.50 29.80 19.10 35.80 54.00 52.40 51.50 116.50 122.40 844.45

2012 146.70 154.40 74.40 39.80 22.10 17.40 6.50 11.30 2.80 138.20 103.50 69.70 786.80

2013 53.30 49.10 42.90 15.00 91.40 5.60 15.80 3.00 9.50 96.80 0.50 33.94 416.84

2014 28.50 38.40 150.20 14.20 87.20 26.00 3.00 17.50 3.40 58.90 63.90 59.60 550.80

2015 95.10 20.60 157.30 52.80 13.60 22.20 9.20 25.62 1.00 21.00 26.60 7.40 452.42

2016 80.00 70.50 67.10 80.90 5.90 21.30 15.60 0.00 24.70 5.60 13.30 82.10 467.00

2017 69.00 64.20 246.70 58.38 45.97 38.63 27.34 7.20 4.20 43.12 35.79 43.18 683.69

Promedio 58.32 74.19 94.67 63.33 35.69 18.74 14.45 11.58 15.02 47.62 49.86 51.63 535.10

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Huancabamba Precipitacion

Anual (mm)

65

Tabla 32


Sondorillo y NASA


Tabla 33


la Estación Sondorillo y NASA


66

Tabla 34


la Estación Sondorillo y NASA


Tabla 35

Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Sondorillo y NASA.


67

Tabla 36

Completación de datos Primer Periodo de la Estación Sondorillo


Segundo Periodo

Tabla 37


Sondorillo y ANA


68

Tabla 38


la Estación Sondorillo y ANA.


Tabla 39


la Estación Sondorillo y ANA


Tabla 40

Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Sondorillo y ANA


69

Tabla 41

Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Sondorillo.


70

Tabla 42


meteorológica Sondorillo.


C. Estación Hacienda Shumaya

Para la completación de datos de la estación Hacienda Shumaya se realizó el análisis en

función de una estación base, ya que se presencia ausencia de datos en el periodo de 2001

hasta 2017.

n= 31


1987 45.80 9.00 24.00 75.30 11.10 0.00 17.10 24.60 6.60 34.70 22.00 12.30 282.50

1988 88.50 57.00 11.10 43.20 23.20 7.20 3.50 3.90 29.50 16.10 68.10 88.00 439.30

1989 96.40 77.90 78.70 7.00 19.20 0.00 0.00 0.00 0.00 56.10 0.00 7.00 342.30

1990 26.60 22.50 24.50 61.90 8.90 0.00 0.00 3.30 9.10 77.30 82.20 56.00 372.30

1991 10.40 33.50 75.50 26.70 3.70 3.20 0.00 0.00 0.00 19.40 9.00 38.30 219.70

1992 12.20 35.70 24.40 35.30 19.00 5.80 0.00 3.50 18.80 17.40 29.00 53.30 254.40

1993 26.60 84.60 161.20 27.90 34.20 0.00 0.00 0.00 16.90 54.10 14.59 56.38 476.47

1994 64.50 113.40 102.10 89.10 25.00 4.70 4.90 6.10 13.50 2.90 17.50 27.10 470.80

1995 14.20 23.90 28.90 28.00 13.70 0.00 4.20 3.50 12.50 5.90 30.90 83.40 249.10

1996 48.70 36.20 46.80 28.70 13.90 4.80 5.70 0.00 8.60 19.30 14.10 9.40 236.20

1997 43.20 54.20 17.40 30.80 3.60 2.90 2.80 0.00 4.20 35.60 51.50 40.30 286.50

1998 18.20 83.40 118.60 95.00 56.50 5.60 5.30 0.00 9.40 69.30 17.70 31.80 510.80

1999 68.10 94.70 105.70 49.40 79.40 16.80 11.40 4.40 23.10 6.80 8.20 102.00 570.00

2000 39.40 69.00 110.40 65.70 30.40 31.80 2.00 8.00 57.20 0.00 0.00 47.60 461.50

2001 56.10 33.00 83.20 22.60 12.20 40.70 20.70 3.40 24.80 25.30 67.40 25.20 414.60

2002 15.00 54.20 57.60 73.50 15.90 1.20 15.40 0.00 0.00 70.90 17.77 23.80 345.27

2003 17.50 17.20 23.60 26.00 9.20 10.80 2.80 2.00 3.40 21.40 20.10 18.20 172.20

2004 24.40 2.40 5.10 43.40 15.90 3.80 3.20 0.00 10.10 78.80 62.10 54.10 303.30

2005 16.30 65.40 124.10 26.00 11.20 1.90 0.00 0.00 10.80 30.10 22.60 59.30 367.70

2006 41.60 66.10 133.80 37.50 0.00 9.00 2.10 0.00 2.00 30.70 29.60 43.20 395.60

2007 25.10 17.50 75.20 78.50 22.10 16.60 1.00 8.50 4.60 89.00 123.20 36.70 498.00

2008 39.30 182.20 81.00 75.70 7.90 9.00 3.00 4.00 0.00 30.10 55.50 6.40 494.10

2009 91.20 39.00 72.00 31.00 0.00 8.80 3.80 3.00 0.00 0.00 21.40 21.20 291.40

2010 17.90 80.80 25.00 36.00 9.20 5.30 3.30 0.00 1.80 17.20 44.20 50.30 291.00

2011 23.80 50.30 23.00 56.20 22.40 4.50 3.20 0.00 24.30 33.20 74.00 76.50 391.40

2012 83.30 89.60 45.60 40.90 5.60 9.60 0.00 1.70 0.00 57.10 56.30 17.80 407.50

2013 9.30 16.30 29.90 13.40 48.60 0.00 8.20 3.60 3.20 60.00 0.00 34.20 226.70

2014 9.60 21.00 92.70 22.50 7.20 1.20 0.00 4.50 0.00 45.20 22.20 12.10 238.20

2015 75.70 6.30 123.90 32.60 22.00 8.30 4.50 0.00 0.00 12.20 29.20 10.50 325.20

2016 81.70 29.90 33.00 29.80 9.87 20.99 9.87 12.61 23.50 12.23 12.03 18.36 293.87

2017 81.30 56.20 220.60 39.04 27.99 21.45 11.40 4.00 0.00 25.45 18.92 25.51 531.86

Promedio 42.32 52.34 70.28 43.50 19.00 8.26 4.82 3.37 10.25 33.99 33.59 38.27 359.99

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Sondorillo Precipitacion

Anual (mm)

71

Tabla 43


Hacienda Shumaya y ANA


Tabla 44


la Estación Hacienda Shumaya y ANA.


72

Tabla 45


la Estación Hacienda Shumaya y ANA.


Tabla 46

Prueba t-student para verificar correlación entre la Estación Hacienda Shumaya y ANA.


73

Tabla 47

Completación de datos Segundo Periodo de la Estación Hacienda Shumaya.


Tabla 48


meteorológica Hacienda Shumaya.


n= 31


1987 58.00 74.20 45.50 106.90 45.50 60.50 35.50 33.50 59.50 66.80 51.50 100.60 738.00

1988 63.00 80.30 38.20 56.00 48.00 30.00 90.00 23.50 54.00 31.50 118.00 79.00 711.50

1989 87.00 87.80 77.30 89.50 96.00 112.50 52.50 56.00 12.80 40.50 15.00 9.00 735.90

1990 88.00 47.50 70.50 92.30 95.50 65.50 65.50 46.00 43.00 75.00 74.00 100.30 863.10

1991 85.00 54.30 68.90 76.00 45.50 24.50 48.00 55.50 37.50 76.00 25.50 15.50 612.20

1992 16.50 36.00 67.50 65.50 61.00 90.20 56.90 41.90 16.50 46.20 69.50 94.50 662.20

1993 81.50 94.00 242.10 96.00 58.90 100.20 26.80 69.00 66.50 123.40 53.00 194.80 1,206.20

1994 144.50 173.40 227.00 151.50 78.70 90.50 68.00 78.00 117.10 39.50 53.80 118.80 1,340.80

1995 68.90 43.50 122.00 55.00 61.60 15.00 62.00 12.00 20.50 65.00 62.50 122.00 710.00

1996 90.50 96.70 111.90 73.50 45.60 51.20 44.30 70.80 57.30 43.20 33.60 35.00 753.60

1997 86.30 86.40 75.40 103.20 101.30 12.70 39.70 36.80 14.00 51.50 109.30 73.10 789.70

1998 68.10 153.00 257.60 261.00 110.00 151.30 96.80 19.00 72.20 138.80 81.10 65.20 1,474.10

1999 274.90 167.70 264.40 207.80 311.30 89.20 109.40 77.30 58.30 47.50 26.50 228.20 1,862.50

2000 77.50 200.10 260.10 208.10 200.50 98.20 43.00 56.50 192.30 36.60 29.50 196.80 1,599.20

2001 147.70 92.10 194.00 123.90 70.80 268.40 107.70 71.80 97.00 84.50 146.70 56.40 1,461.00

2002 118.70 149.10 116.50 209.80 73.80 31.00 63.00 31.20 3.50 149.40 53.70 81.00 1,080.70

2003 67.30 80.30 121.90 165.00 136.20 111.90 64.00 0.00 22.50 24.50 81.70 78.50 953.80

2004 44.60 26.50 140.80 134.20 69.00 97.30 56.50 12.00 25.00 136.20 61.70 163.40 967.20

2005 35.90 184.90 200.00 193.70 53.30 73.00 7.00 0.00 20.40 105.90 85.40 116.80 1,076.30

2006 133.00 90.43 247.03 57.84 27.00 88.10 26.03 38.20 10.01 68.50 73.13 81.30 940.57

2007 104.50 87.70 127.60 100.50 115.52 159.60 23.31 72.50 16.02 127.70 155.00 40.70 1,130.65

2008 83.71 226.90 99.50 143.40 32.20 29.91 101.11 50.90 17.10 73.40 106.20 46.50 1,010.83

2009 111.70 110.10 98.60 101.50 22.20 30.20 35.30 24.30 52.90 20.00 41.00 55.70 703.50

2010 75.90 99.54 77.99 61.50 52.70 84.20 5.00 0.00 80.60 28.10 58.40 64.80 688.73

2011 43.70 80.30 78.80 98.10 97.00 47.20 131.70 33.40 104.40 66.80 130.70 122.50 1,034.60

2012 142.10 97.40 114.50 91.90 95.30 76.70 29.50 60.20 32.30 75.80 73.20 33.40 922.30

2013 65.90 58.90 58.90 53.80 100.40 42.20 54.54 33.40 36.60 76.20 4.00 61.10 645.94

2014 35.80 41.80 119.40 28.40 112.20 79.00 26.70 39.90 5.10 40.70 52.30 44.40 625.70

2015 122.40 60.53 194.60 69.40 40.60 41.80 34.40 8.20 32.30 34.50 87.10 49.78 775.61

2016 60.33 56.59 99.01 65.05 49.25 58.49 49.25 51.54 60.58 51.21 51.05 56.31 708.67

2017 56.40 53.70 188.70 91.90 64.30 58.87 50.52 35.40 12.10 62.19 56.77 62.24 793.10

Promedio 88.37 96.51 135.68 110.72 82.94 76.43 54.97 39.96 46.77 67.97 68.41 85.41 954.14

Precipitacion Mensual (mm) - Estación Haciend Shumaya Precipitacion

Anual (mm)

74

3.2.2.1.3 Análisis de consistencia

El análisis de consistencia se realiza para la verificación de la confiabilidad de la

información obtenida del SENAMHI y ANA, esto se realiza mediante criterios físicos y

métodos estadísticos que permiten identificar, evaluar y eliminar los posibles errores

sistemáticos que han podido ocurrir, sea por causas naturales u ocasionadas por la

intervención de la mano del hombre. Dicho análisis se realiza por los siguientes procesos:

Análisis visual grafico

Análisis doble masa

Análisis estadístico

A. Análisis visual grafico

Se realiza el análisis teniendo las precipitaciones acumuladas por año de cada estación, con

la finalidad de percibir la variabilidad de cada una de estas.

Tabla 49

Precipitaciones acumuladas y promedio por año en las tres estaciones de estudio


AñoPrecipitacion Anual (mm)

Estación Huancabamba

Precipitacion Acumulada (mm)

Estación Huancabamba

Precipitacion Anual (mm)

Estación Hacienda Shumaya


Estación Hacienda Shumaya

Precipitacion Anual (mm)

Estación Sondorillo


Estación Sondorillo

Precipitación

Promedio (mm)

Precipitación Promedio

Acumulada (mm)

1987 416.20 416.20 738.00 738.00 282.50 282.50 478.90 478.90

1988 460.10 876.30 711.50 1449.50 439.30 721.80 536.97 1015.87

1989 455.30 1331.60 735.90 2185.40 342.30 1064.10 511.17 1527.03

1990 359.50 1691.10 863.10 3048.50 372.30 1436.40 531.63 2058.67

1991 334.76 2025.86 612.20 3660.70 219.70 1656.10 388.89 2447.55

1992 255.44 2281.30 662.20 4322.90 254.40 1910.50 390.68 2838.23

1993 838.60 3119.90 1206.20 5529.10 476.47 2386.97 840.42 3678.66

1994 653.40 3773.30 1340.80 6869.90 470.80 2857.77 821.67 4500.32

1995 462.70 4236.00 710.00 7579.90 249.10 3106.87 473.93 4974.26

1996 337.30 4573.30 753.60 8333.50 236.20 3343.07 442.37 5416.62

1997 393.10 4966.40 789.70 9123.20 286.50 3629.57 489.77 5906.39

1998 505.00 5471.40 1474.10 10597.30 510.80 4140.37 829.97 6736.36

1999 804.70 6276.10 1862.50 12459.80 570.00 4710.37 1079.07 7815.42

2000 622.40 6898.50 1599.20 14059.00 461.50 5171.87 894.37 8709.79

2001 573.20 7471.70 1461.00 15520.00 414.60 5586.47 816.27 9526.06

2002 530.50 8002.20 1080.70 16600.70 345.27 5931.74 652.16 10178.21

2003 374.30 8376.50 953.80 17554.50 172.20 6103.94 500.10 10678.31

2004 473.90 8850.40 967.20 18521.70 303.30 6407.24 581.47 11259.78

2005 538.40 9388.80 1076.30 19598.00 367.70 6774.94 660.80 11920.58

2006 574.70 9963.50 940.57 20538.57 395.60 7170.54 636.96 12557.54

2007 583.30 10546.80 1130.65 21669.22 498.00 7668.54 737.32 13294.85

2008 621.74 11168.54 1010.83 22680.05 494.10 8162.64 708.89 14003.74

2009 648.01 11816.55 703.50 23383.55 291.40 8454.04 547.64 14551.38

2010 569.57 12386.12 688.73 24072.28 291.00 8745.04 516.43 15067.81

2011 844.45 13230.57 1034.60 25106.88 391.40 9136.44 756.82 15824.63

2012 786.80 14017.37 922.30 26029.18 407.50 9543.94 705.53 16530.16

2013 416.84 14434.21 645.94 26675.12 226.70 9770.64 429.83 16959.99

2014 550.80 14985.01 625.70 27300.82 238.20 10008.84 471.57 17431.56

2015 452.42 15437.43 775.61 28076.43 325.20 10334.04 517.74 17949.30

2016 467.00 15904.43 708.67 28785.09 293.87 10627.91 489.84 18439.15

2017 683.69 16588.12 793.10 29578.20 531.86 11159.77 669.55 19108.70

75

Figura 28. Análisis visual de las tres estaciones de estudio


Con ello, se puede percibir que existe una gran variabilidad en la estación Hacienda

Shumaya con respecto a las otras dos estaciones, dicho verificación se puede observar

entre el año de 1997 a 2002. Este proceso se realiza por mes, debido que se debe obtener

en promedio las precipitaciones mensuales según la serie histórica.

B. Análisis doble masa

Se realiza el análisis teniendo en promedio la precipitación anual de las tres estaciones

mencionadas anteriormente con la finalidad de elegir cual será la estación base.

76

Figura 29. Análisis curva masa de las tres estaciones en estudio


Con ello se puede percibir que la estación Sondorillo es la que tiene menor número de

quiebres, por lo que se escoge como estación base.

A continuación, lo que se presenta es un nuevo análisis doble masa para cada estación

utilizando como base la estación Sondorillo.

Figura 30. Análisis doble masa de la estación Sondorillo en función a la estación base Sondorillo


Para Sondorillo se puede observar que no existe rango de periodos dudosos, razón por el

cual se validarán los datos como confiables.

77

Figura 31. Análisis doble masa de la estación Huancabamba en función a la estación base Sondorillo


En la estación Huancabamba se determina que si existe un rango de periodo con datos

dudosos y en consecuencia se hará el análisis estadístico para corregir dichos datos. El

rango de periodo será, el primero del año 1989 a 1996 y el segundo del año 1997 al 2003.

Figura 32. Análisis doble masa de la estación Hacienda Shumaya en función a la estación base Sondorillo


La estación Hacienda Shumaya presenta rangos de periodos con datos dudosos por que

también se pasara a realizar el análisis estadístico para corregir los datos. El periodo de

rango a analizar será para el primero del año 1997 al 2002 y el segundo del año 2003 al

2009.

Como bien se menciona en el desarrollo presentado, este análisis se debe realizar para cada

mes debido que se debe obtener data de precipitación promedio mensual para visualizar

épocas de estiaje y avenidas.

78

C. Análisis estadístico

Las estaciones a las cuales se harán el análisis estadístico son la Estacion Huancabamba y

la Estación Hacienda Shumaya los periodos de posible corrección ya se determinaron con

el análisis de doble masa para cada una de las estaciones descritas.

3.2.2.1.3.1 Estación Huancabamba

El periodo a analizar se muestra en la Tabla

Tabla 50

Precipitación anual (mm) de la estación Huancabamba.


Análisis por Saltos

79

Consistencia en la media:

Una vez hecho este análisis se pudo determinar que las medias son iguales

estadísticamente y por lo tanto no era necesaria la corrección de datos. A continuación, se

muestra el proceso que se llevó a cabo en Excel para determinar lo afirmado anteriormente.

Tabla 51

Análisis de consistencia en la media en la estación Huancabamba


Consistencia en la desviación estándar:

Realizando este análisis se comprobó que las desviaciones estándar son iguales

estadísticamente por lo que no es necesario realizar el proceso de corrección de datos. Este

análisis se hizo con un 95% de probabilidad. A continuación, se muestra los cálculos

hechos en Excel.

.

80

Tabla 52

Análisis por consistencia en la desviación estándar en la estación Huancabamba


Realizando el análisis de la consistencia en la media y en la desviación estándar se

comprobó que no es necesaria ninguna corrección por saltos, por lo que resulta tener los

mismos valores que el estudio tal como se muestra en la Tabla 53.

Tabla 53

Resultado de corrección por saltos en la estación Huancabamba.


81

Análisis por tendencias

Análisis en la media:

Con este análisis se corroboro que el R no es significativo, es decir la tendencia no es

significativa y no hay necesidad de realizar el proceso de corrección. A continuación, se

muestra los cálculos hechos en Excel para el análisis en la media.

Tabla 54

Análisis en la media en el análisis de tendencia en la estación Huancabamba.


82

Figura 33. Grafica de tendencia en la estación Huancabamba.


No se realizó el análisis de tendencias en la desviación estándar puesto que se cuentan con

datos anuales y cuando se tiene este tipo de datos no es necesario hacerlo.

Con los análisis hechos se demostraron que no existen saltos y tendencias en el registro de

datos para la estación Huancabamba, quedándose así con los datos que se tenía

anteriormente y considerándolos de confiables.

Tabla 55

Resultado de corrección por tendencias en la estación Huancabamba


3.2.2.1.3.2 Estación Hacienda Shumaya

El periodo a analizar se muestra en la Tabla

83

Tabla 56

Precipitación anual (mm) de la estación Hacienda Shumaya


Análisis por saltos

Consistencia en la media:

Una vez hecho este análisis se pudo determinar que las medias no son iguales

estadísticamente y por lo tanto es necesaria la corrección de datos. A continuación se

muestra el proceso que se llevó a cabo en Excel para determinar lo afirmado anteriormente.

84

Tabla 57

Análisis de consistencia en la media en la estación Hacienda Shumaya


Consistencia en la desviación estándar:

Realizando este análisis se comprobó que las desviaciones estándar no son iguales

estadísticamente por lo que es necesario realizar el proceso de corrección de datos. Este

análisis se hizo con un 95% de probabilidad. A continuación, se muestra los cálculos

hechos en Excel.

85

Tabla 58

Análisis por consistencia en la desviación estándar en la estación Hacienda Shumaya


Realizando el análisis de la consistencia en la media y en la desviación estándar se

comprobó que es necesaria una corrección por saltos, con la información corregida se hará

el análisis de tendencias.

Tabla 59

Resultado de corrección por saltos en la estación Hacienda Shumaya


86

Análisis por Tendencias

Análisis en la media :

Para el análisis de la media se utilizaron los datos corregidos por saltos, es decir los datos

de la Tabla 59. Con este análisis se corroboro que el R no es significativo, es decir la

tendencia no es significativa y no hay necesidad de realizar el proceso de corrección. A

continuación, se muestra los cálculos hechos en Excel para el análisis en la media.

Tabla 60

Análisis en la media en el análisis de tendencia en la estación Hacienda Shumaya


87

Figura 34. Grafica de tendencia en la estación Hacienda Shumaya


No se realizó el análisis de tendencias en la desviación estándar puesto que se cuentan con

datos anuales y cuando se tiene este tipo de datos no es necesario hacerlo.

Con los análisis hechos se demostraron que si existen saltos y no tendencias en el registro

de datos para la estación Hacienda Shumaya, quedándose así con los datos que se

obtuvieron luego del análisis por saltos que serán considerados confiables.

Tabla 61. Resultado de corrección por tendencias en la estación Hacienda Shumaya.


3.2.2.1.3.3 Precipitación Media Mensual en el Distrito de Sondorillo

En base tanto al análisis visual, doble masa y estadístico se procedió a realizar la

verificación para cada mes, con la finalidad de obtener datos confiables de las estaciones y

determinar en promedio la cantidad de precipitación promedio mensual.

E estudiocorregidos

por salto

corregidos por

tendencia

t xt 𝑋t′= Tm Y't = Ts

1 789.70 760.2906595 760.29

2 1474.10 1003.123202 1003.12

3 1862.50 1140.931734 1140.93

4 1599.20 1047.510038 1047.51

5 1461.00 998.4751797 998.48

6 1080.70 863.5406154 863.54

7 953.80 818.5151191 818.52

8 967.20 823.2695845 823.27

9 1076.30 861.9794476 861.98

10 940.57 813.8209717 813.82

11 1130.65 881.2634171 881.26

12 1010.83 838.7499816 838.75

13 703.50 729.7059647 729.71

88

Dichos resultados se pueden observar en la Tabla 63.

Tabla 62

Determinación de la precipitación promedio mensual en Sondorillo.


Figura 35. Histograma de la precipitación promedio mensual en Sondorillo.


3.2.2.2 Temperatura

Los datos de temperaturas máximos y mínimos, se obtuvieron al promediar mensualmente

la data proporcionada por SENAMHI para el periodo desde el 2003 al 2014 de la estación

Sondorillo. Asimismo, se determinó un promedio de temperaturas máximas y mínimas de

dicho rango con la finalidad de ser brindadas en el cálculo de estimación de radiación solar

global por el método de Bristow Campbell.

89

Tabla 63

Temperaturas máximas promedio mensuales en la estación Sondorillo


Tabla 64

Temperaturas mínimas promedio mensuales en la estación Sondorillo


Tabla 65

Temperaturas máximas y mínimas promedio mensuales de la estación Sondorillo


n= 12


2003 27.76 27.59 26.71 26.83 25.39 25.43 24.52 25.18 26.88 27.24 28.15 25.84 317.52

2004 27.69 27.25 26.26 26.82 26.19 23.93 24.13 24.77 25.68 25.82 27.18 27.23 312.95

2005 26.51 25.75 25.78 27.16 26.81 25.02 25.00 25.43 25.75 26.56 27.08 26.35 313.20

2006 25.75 24.75 25.54 25.73 25.29 24.17 23.37 24.90 25.70 26.87 27.03 26.34 305.44

2007 24.90 25.34 25.06 25.26 24.89 22.70 23.85 24.10 24.47 25.76 24.68 24.77 295.78

2008 24.19 24.14 24.24 24.25 24.97 24.47 23.71 24.29 25.30 25.60 26.15 27.42 298.73

2009 24.29 24.27 25.21 25.08 25.10 24.45 23.79 24.31 24.92 26.19 27.06 26.41 301.08

2010 26.17 25.46 25.66 25.93 25.18 24.26 25.60 25.84 25.25 26.76 26.42 26.29 308.82

2011 25.51 25.31 26.39 25.58 25.31 24.99 24.99 24.64 24.81 25.87 26.23 25.16 304.79

2012 25.39 24.44 25.10 25.76 24.90 24.37 23.62 24.42 25.18 24.91 24.57 26.71 299.37

2013 25.40 25.52 26.29 26.24 25.29 23.85 23.88 25.15 26.10 26.02 27.52 26.19 307.45

2014 26.97 25.36 24.72 25.57 25.69 24.70 24.24 24.61 26.41 26.44 26.42 27.11 308.24

Temperatura (°C) - Estación Sondorillo Temperatura anual

(°C)

n= 12


2003 12.85 15.61 15.61 15.33 14.16 13.43 13.06 13.40 13.37 14.01 13.43 13.18 167.44

2004 12.03 13.97 14.77 13.53 14.03 13.50 13.21 14.05 14.25 14.19 13.47 13.35 164.35

2005 13.26 13.63 14.92 14.52 13.47 13.98 13.06 14.39 14.90 14.63 12.75 13.18 166.69

2006 14.71 15.02 14.94 13.90 13.53 13.93 14.03 13.39 13.97 12.69 13.67 13.55 167.33

2007 13.37 13.86 14.60 14.24 14.05 13.83 13.56 14.05 14.63 14.03 14.27 12.97 167.46

2008 13.87 12.93 13.31 13.53 13.02 12.87 13.31 13.31 14.13 14.10 13.42 12.84 160.64

2009 14.23 14.02 14.11 14.30 14.18 13.93 14.19 14.52 15.02 14.92 13.83 14.96 172.21

2010 14.57 15.57 15.73 15.78 14.52 14.35 13.34 13.49 13.95 13.60 12.71 13.39 171.00

2011 14.43 14.22 13.29 14.67 13.80 13.58 14.01 14.07 14.44 14.30 13.54 14.47 168.82

2012 14.81 14.13 14.55 14.24 13.87 13.91 14.06 13.86 13.94 14.31 14.37 13.04 169.09

2013 14.92 14.15 14.50 14.01 14.93 14.78 13.77 13.67 14.13 14.24 12.67 14.19 169.96

2014 14.28 15.01 15.02 14.56 14.71 14.70 14.08 14.12 14.22 14.72 14.02 14.08 173.52

Temperatura (°C) - Estación Sondorillo Temperatura anual

(°C)

90

3.2.2.3 Velocidad de Viento

Para el tratamiento delos datos de la velocidad de viento en la zona de análisis, como

mínimo se debe tener data de un año. El SENAMHI, en su estación meteorológica

convencional de Sondorillo, dispone de información muy parcial que hace que el

tratamiento de datos sea poco confiable. Sin embargo, debido a la continuidad de la

velocidad de viento en la zona y dirección predominante, hacen que la poca data existente

sea confiable al momento de realizar la estimación de la velocidad de viento promedio.

Para la elección del año a analizar, se escogió aquella que dispone de mayor data como es

el caso del año 2014, tal como se muestra en la Tabla 66.

Tabla 66

Data de velocidad de viento en la estación Sondorillo en el año 2014


3.2.3 Determinación del Recurso Eólico

Para la realización del tratamiento de datos de la velocidad de viento en la estación

Sondorillo, se tomó como año de estudio el 2014 ya que es el año que se dispone con la

mayor cantidad de datos. Asimismo, debido que la velocidad de viento no es continua y es

91

muy variable durante el día, se procedió a realizar la determinación de la velocidad de

viento con la distribución de Weibull.

Tabla 67

Cálculo de la distribución Weibull para cuantificar de manera continua la velocidad de

viento en Sondorillo.


Tabla 68

Determinación de las variables A y K en Sondorillo.


El sesgo y curtosis nos representan la forma y simetría que tendrá la curva de la

distribución Weibull, tal como se muestra en la Figura 36.

92

Figura 36. Gráfica de la distribución de Weibull de la velocidad de viento en Sondorillo.


Obtenida la probabilidad de la distribución de Weibull con la cantidad de datos según la

velocidad de viento registrada, se procedió a determinar la velocidad promedio en

Sondorillo, resultando un valor de 6.72 m/s a una altura de 10 metros de medición, tal

como se muestra en la Tabla 69.

Tabla 69

Determinación de la velocidad promedio en Sondorillo


Asimismo, con la data del año en estudio se pudo visualizar mediante un gráfico de

frecuencia la dirección predominante del viento, resultando el Este como dirección

predominante tal como se muestra en la Figura 37.

93

Tabla 70

Determinación de la frecuencia de la dirección de viento en Sondorillo.


Figura 37. Frecuencia de la dirección de la velocidad de viento en Sondorillo.


Con la información obtenida se procede a realizar el cálculo de la velocidad de viento a

una altura de 6 m debido que el aerogenerador elegido tiene una altura de dicha

característica, para ello se utiliza la Ley de Hellman, tal como se observa en la Tabla 71,

resultando un valor promedio de 6.31 m/s.

Tabla 71

Velocidad de viento promedio a una altura de 6 m en Sondorillo.


94

3.2.4 Determinación del Recurso Solar

La estación meteorológica en Sondorillo no dispone de un pirómetro para determinar la

radiación solar global diaria de manera directa, por ello, se procedió a estimar la radiación

solar global mediante el método de Bristow y Campbell, por ser el que más se adecua a las

condiciones del sitio. La restricción que se percibe es no conocer la transmisividad de la

atmosfera “ab” en el lugar de estudio, por lo que se procedió a correlacionar la estimación

de la radiación solar global de Bristow Campbell con los datos de la NASA. La elección

del año a analizar se basó en función a la mayor correlación en este caso.

Tabla 72

Determinación de la correlación de radiación global solar por el método de Bristow

Campbell y NASA.


Figura 38. Correlación de la radiación base de la NASA con la estimación del método de BC del año 2011.


95

Tabla 73

Resultado de los coeficientes de Pearson 2003 - 2015


Realizando el año base a analizar, se eligió el año 2011 por ser uno de los años que tienen

mayor coeficiente de correlación. Con ello se procedió a determinar los coeficientes ab para

cada mes del año.

Tabla 74

Determinación de la correlación de radiación global solar por el método de Bristow

Campbell y NASA de Abril del año 2011.


Promedio Sondorillo φ Latitud -5.33979444 -0.09319699 Ab 0.60900377

Altitud 1917 msnm conversion

Dia Juliano Tmax Tmin Latitud (rad) Eo ᵟ Ws Heh Cb Bb Hs HsRadiacion

NASA

dn ºC ºC φ rad rad MJh m-2dia-1

91 25.4 14 -0.093 1.000 0.072 1.564 36.938 1.571 0.032 17.376 4.826 5.17

92 26 13.8 -0.093 1.000 0.079 1.563 36.860 1.514 0.036 17.796 4.943 4.88

93 26 14 -0.093 0.999 0.086 1.563 36.781 1.528 0.035 17.653 4.903 4.87

94 22.8 14.5 -0.093 0.998 0.093 1.562 36.699 1.795 0.023 14.244 3.956 2.75

95 26 15.5 -0.093 0.998 0.099 1.561 36.617 1.636 0.029 16.583 4.606 4.61

96 22.5 15 -0.093 0.997 0.106 1.561 36.533 1.852 0.021 12.959 3.600 2.95

97 26 14.6 -0.093 0.997 0.113 1.560 36.448 1.571 0.032 17.145 4.762 4.47

98 26.3 14.5 -0.093 0.996 0.120 1.560 36.362 1.543 0.034 17.342 4.817 4.94

⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞ ⁞

116 27 15 -0.093 0.986 0.233 1.549 34.669 1.528 0.035 16.640 4.622 4.31

117 27.5 16 -0.093 0.986 0.239 1.548 34.572 1.564 0.033 16.321 4.534 4.48

118 24.6 15 -0.093 0.985 0.245 1.547 34.474 1.701 0.026 14.846 4.124 5.14

119 28 13.5 -0.093 0.985 0.250 1.547 34.377 1.348 0.049 17.420 4.839 4.15

120 26 14.8 -0.093 0.984 0.256 1.546 34.280 1.586 0.032 16.004 4.445 4.76

Promedio 4.49 4.49

Modelo propuesto de Bristow/Campbell, desarrollado en Excel, para estimar la radiacion solar global

96

Figura 39. Determinación de la transmisividad de la atmosfera en Sondorillo.


Tabla 75

Resultado de la transmisividad mensual en Sondorillo


El valor de la transmisividad de la atmosfera promedio en Sondorillo es de 0.645, tal como

se muestra en la Tabla 76, con dicho valor se procedió a realizar del cálculo de la

estimación de la radiación solar global promedio en Sondorillo con el método de Bristow

Campbell, teniendo en cuenta las temperaturas máximas y mínimas promedio calculadas

en la Tabla 66. El resultado nos arroja un valor de 4.98 kW/m2, conllevando a ser rentable

la opción de aprovechamiento del recurso solar para generación de energía eléctrica.

97

Tabla 76

Estimación de la radiación solar global por el método Bristow – Campbell en Sondorillo


3.2.5 Determinación del Recurso Agua

Se fijaron los meses en los que se cuenta con un buen abastecimiento de agua y en los

meses que se tiene que suplir esta necesidad con los sistemas de almacenamiento

proyectados. En este caso, tomando como base las precipitaciones promedio obtenidas, se

identificó que los períodos en los que se cuenta con mayor cantidad de agua para recolectar

son los meses de Enero, Febrero, Marzo, Abril, Octubre , Noviembre y Diciembre, por lo

que se pueden determinar 7 meses de avenidas (período de lluvias) bien marcados en el

año. Por otro lado, se observa que en el período de Mayo a Setiembre, se tienen muy bajas

precipitaciones, siendo los meses de Julio, Agosto y Setiembre los más críticos, lo cual no

permitiría un abastecimiento adecuado en dichas épocas que las conocemos como períodos

de estiaje. Por ello, es que se procede a calcular un tanque de almacenamiento que

permitiría contar con el suministro necesario que se está proyectando también en esos

meses de pocas lluvias.

3.2.5.1 Calculo del Tanque de Almacenamiento

Se procedió a generar un cuadro en el cual se obtuvo la dotación disponible de agua de

lluvia gracias a las precipitaciones promedio obtenidas del lugar. Luego, se estimó el

volumen del tanque de almacenamiento a utilizar. En promedio, las viviendas en la zona de

Promedio Sondorillo φ Latitud -5.33979444 -0.09319699 Ab 0.645

Altitud 1917 msnm conversion

Dia Juliano Tmax Tmin Latitud (rad) Eo ᵟ Ws Heh Cb Bb Hs Hs

dn ºC ºC φ rad rad MJh m-2dia-1 Pueblo Nuevo

15 25.88 13.94 -0.0932 1.0319 -0.3702 1.6071 38.0757 1.5325 0.0345 19.3181 5.3659

46 25.33 14.298 -0.0932 1.0232 -0.2303 1.5927 38.5718 1.5979 0.0309 18.9439 5.2620

74 25.58 14.61 -0.0932 1.0097 -0.0474 1.5752 38.0050 1.6023 0.0307 18.6177 5.1714

105 25.85 14.39 -0.0932 0.9923 0.1658 1.5552 35.7284 1.5671 0.0326 17.8383 4.9549

135 25.39 13.96 -0.0932 0.9774 0.3288 1.5389 32.9020 1.5692 0.0324 16.4094 4.5580

166 24.36 13.899 -0.0932 0.9683 0.4068 1.5305 31.2016 1.6390 0.0289 14.9367 4.1489

196 24.22 13.6 -0.0932 0.9679 0.3746 1.5340 31.7866 1.6275 0.0295 15.3327 4.2589

227 24.82 13.84 -0.0932 0.9762 0.2390 1.5480 34.2345 1.6016 0.0307 16.7776 4.6602

258 25.46 14.25 -0.0932 0.9912 0.0369 1.5673 36.8663 1.5851 0.0316 18.2353 5.0652

288 26.15 14.09 -0.0932 1.0080 -0.1690 1.5867 38.1216 1.5239 0.0351 19.4125 5.3921

319 26.55 13.47 -0.0932 1.0232 -0.3350 1.6033 38.0294 1.4504 0.0400 19.8841 5.5231

349 26.25 13.56 -0.0932 1.0318 -0.4072 1.6111 37.7284 1.4785 0.0380 19.5463 5.4293

Promedio 4.98

Modelo propuesto de Bristow/Campbell, desarrollado en Excel, para estimar la radiacion solar global

98

estudio tienen un área techada de 50 m2 con un promedio de 4 personas y para nuestro

proyecto estamos considerando un techo de bambú, por lo que el coeficiente de escorrentía

resulta ser de 0.8.

Tabla 77

Data de entrada para determinar el abastecimiento de agua.


Tabla 78

Determinación del volumen del tanque de almacenamiento para reutilización de agua en

Sondorillo


El tanque de almacenamiento solo derivará el agua de lluvia al inodoro y al caño externo a

la vivienda para uso de riego, por lo que la dotación que se obtuvo solo corresponde a ser

utilizada para la descarga de agua hacia el biodigestor y áreas verdes. Por lo que se

considera tener un tanque de almacenamiento de 1 m3. Si el tanque de almacenamiento

tuviera como alcance el almacenamiento provisional de agua de lluvias, este será de

4.12m3 (4.50m3 – (0.38m3)), obtenida de la diferencia máxima y mínima mostrada en la

Tabla 79, con lo cual no se requeriría que se empiece el año con un volumen suministrado

99

por el abastecimiento común de agua. Por seguridad y para efectos de simplicidad se

propondría utilizar un tanque de 4.5m3 de capacidad.

100

4 PROPUESTA DE DISEÑO DE INSTALACIONES SOSTENIBLES DE UNA

VIVIENDA RURAL EN SONDORILLO

4.1 Alcance

Realizar una propuesta de diseño y construcción de un tipo de vivienda rural con

instalaciones sostenibles para la Provincia de Huancabamba, Distrito de Sondorillo, que

cumpla con toda la demanda del servicio eléctrico requerida y que cuente con un sistema

de captación de agua de lluvia para ser derivada al inodoro y tratada mediante un

biodigestor, así como uso de riego.

4.2 Ubicación del Proyecto

La propuesta del proyecto está ubicada en el Distrito de Sondorillo, Provincia de

Huancabamba y contará con un área de 44 m2; área de proyección de techo de 50 m2.

4.3 Arquitectura del Proyecto

Figura 40. Plano Arquitectura del Proyecto, Vista en Panta.


101

Figura 41. Plano Arquitectura, Vista en Elevación.


4.4 Instalaciones del Proyecto

4.4.1 Instalaciones Eléctricas

Figura 42. Plano de Instalaciones Eléctricas del Proyecto.


102

4.4.1.1 Diseño Eléctrico del Proyecto

4.4.1.1.1 Selección del Alimentador, interruptor y tubería

Estimación de la Máxima demanda normada de la vivienda

Tabla 79

Determinación de la Máxima demanda de la vivienda


Teniendo en cuenta que la Máxima Demanda calculada es menor a 10 KW, se puede usar

el sistema monofásico o trifásico, en nuestro caso utilizaremos el sistema monofásico

debido a que es una solución para tener una mayor potencia en una sola fase.

M.D= 2500 W

V= 220 V

cosϕ= 0.9 ya que es más resistivo que inductivo

K=1, por tratarse de una sola fase

Tabla 80

Cuadro resumen de la Selección del Alimentador, interruptor y tubería del Proyecto.


4.4.1.1.2 Dimensionamiento del Sistema Fotovoltaico

Determinación del Consumo de Energía de la Vivienda

P.I (w) F.D(%) M.D(w)

CARGA BASICA 90M2 2500 100% 2500

CARGA ADICIONAL 0M2 0 0 0

CARGA FRACCION 0M2 0 0 0

2500

ALUMBRADO Y

TOMACORRIENTE

DESCRIPCION

TOTAL (Watts)

CARGAPOTENCIA

NOMINAL(W)I(A) Idiseño(A)

SECCION

ELEGIDA(mm2)

∆V SELECCIÓN

FINAL (mm2)INTERRUPTOR(A)

TUBERIA

(mm Φ)

ALUMBRADO 12 15 2.5 3.78 2.5 16 15

TOMACORRIENTE 12 15 2.5 3.99 2.5 15 152500

103

Tabla 81

Estimación de la Demanda de Energía.


Determinación de las Horas Sol Pico (HSP)

𝐻𝑆𝑃 =𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑚. 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎

𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

𝐻𝑆𝑃 =4.98

1= 4.98𝐻𝑆𝑃

A. Calculo de paneles solares

Especificaciones del Panel

Tipo: Panel Policristalino

Descripción: 150W – Poly 1470x680x35 mm

Potencia Nominal: 150W

Rendimiento Eléctrico: 80%

Voltaje de Trabajo: 12V

Peso Neto: 12 Kg

Instalación de uso diario

104

𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎

𝐻𝑆𝑃 ∗ 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃𝑖𝑐𝑜

𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 =496

4.98 ∗ 0.8 ∗ 150= 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙

B. Capacidad de las baterías para Panel Solar

Especificaciones de la Batería

Tipo: Plomo – Acido

Descripción: Formula STAR FS 240 Solar


Capacidad C1002 (Ah) : 240

Dimensiones: 513x274x239 mm

Profundidad de descarga: 50%

Días de Autonomía para vivienda rural: 4-6 días

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝐷í𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚í𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 ∗ 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐷𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =496 ∗ 4

12 ∗ 0.8= 206.7 𝐴ℎ (𝐶100)

4.4.1.1.3 Diagrama Unifilar de la Instalación Eléctrica del Proyecto

Figura 43. Diagrama Unifilar del Proyecto.


2 El valor C100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada por ciclos de carga de 100 h, que es

la frecuencia de carga normalmente establecida en electrificación rural.

105

4.4.1.2 Diseño de Abastecimiento y Tratamiento de agua del Proyecto

4.4.1.2.1 Probable consumo de Agua

A. Dotación

Tabla 82

Dotaciones de agua para viviendas unifamiliares.

Fuente: RNE IS.010

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑡𝑒 = 100 𝑚2

𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐿/𝑑 = 1500

Estas cifras incluyen dotación doméstica y riego para jardines. Sin embargo, por ser una

vivienda de tipo rural y teniendo en cuenta que los habitantes las características

socioeconómicas, culturales, densidad poblacional y condiciones técnicas que permitan en

el futuro la implementación de un sistema de saneamiento a través de redes, se utilizaran

dotaciones de hasta 100 L/hab/día. (Guía MEF 2011). Por lo que resulta:

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑁°𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗100𝐿

ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒/𝑑í𝑎

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3 ∗100𝐿

𝑑í𝑎

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 300 𝐿/𝑑

Por lo que el tanque de almacenamiento será de 1 m3.

106

B. Diseño de Instalaciones Interiores de Agua Fría

El objetivo del diseño de la red de agua fría, consiste básicamente en determinar el caudal

del diseño, la presión en cada punto, el diámetro y la longitud de las tuberías. Así como

también determinar la presión necesaria en cada aparato sanitario. Todo esto con la

finalidad de abastecer a los aparatos sanitarios con presiones y caudales adecuados.

En el presente diseño se toman como base para los cálculos lo estipulado en la Norma IS

010 del Reglamento Nacional de Edificaciones.

C. Cálculo Hidráulico

El Cálculo hidráulico se realiza por sistema indirecto, considerando que el agua es

almacenada en un tanque elevado a cierta altura para obtener la presión deseada y

abastecer hasta el último aparato sanitario, utilizando los parámetros de la IS. 010 del

Reglamento Nacional de Edificaciones

Tabla 83

Determinación de la Máxima Demanda Simultánea en la vivienda rural.


Mediante la fórmula de Hazem y Williams se calcula la pérdida de cargas que existe en

cada tramo de la tubería de distribución y de alimentación:

ℎ𝑓 = 1.21 ∗ 1010 ∗ 𝐿 ∗ (𝑄

𝐶)

1.85

∗ 𝐷−4.87

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total Total U.G

Caudales en

L/s

Primer Nivel 1 3 3 1 0.75 0.75 1 1.5 1.5 1 2 2 7.25 0.28

0.2825

Descripcion

Inodoros Lavatorio Ducha Lavadero

Maxima demanda Simultanea (lps)

107

Tabla 84

Determinación de la pérdida de carga en los tramos de la tubería de alimentación y

Distribución.


4.4.1.2.2 Inversión inicial

Luego de haber realizado, mediante casos, el consumo eléctrico diario requerido en

función de la capacidad instalada del sistema solar, eólico o hibrido; resultó que la

propuesta más accesible es tener un sistema solar que abastezca a la vivienda. Ante ello, se

realizó la cotización según las especificaciones del panel y batería que se tomó en cuenta

para el diseño del sistema solar, y se realizó un comparativo para la mejor adquisición del

sistema. El presupuesto venta realizado por los tesistas de Gestión y Construcción del

mismo proyecto es de 1968.14 soles, sin embargo, la expectativa en esta tesis es obtener un

costo total para este sistema de 1498.22 soles sin incluir mano de obra.

Tabla 85

Presupuesto venta y meta del sistema solar del Proyecto.


(lps) (pulg) (mm) (m2) (m/seg) (m/seg) N° Le N° Le N° Le N° Le N° Le (m) (m) (mca)

A-F 7.25 0.283 L/s 3/4" 19 0.000284 1.00 cumple 3 2.331 3.84 6.17 0.397 3.2 2.806

F-Lp 2 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 4 2.128 1 1.064 1 0.112 1.84 5.144 0.430 1.2 1.176

F - N 5.25 0.235 L/s 3/4" 19 0.000284 0.83 cumple 1 0.777 1 1.554 1 0.112 0.91 3.353 0.153 0.6 2.053

N - Wc 4.5 0.195 L/s 3/4" 19 0.000284 0.69 cumple 1 1.554 0.51 2.064 0.067 0 1.986

Wc - D 1.5 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 1 0.532 1 1.064 1.82 3.416 0.286 1.2 0.500

N - L 0.75 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 1 0.532 1 1.064 0.57 2.166 0.181 0.2 1.671

LONGITUD TRAMO RECTO (m) LONGITUD D EQUIVALENTE (m)PERDIDA CARGA NPT PRESION

CODO TEE REDU ENSA VALVUL

CALCULO DE PRESIONES 1ER NIVEL

TRAMO UHQ D DN A V V

LONGITUDES EQUIVALENTE

Proyecto de T es is : P ropues ta de cons trucción de una vivienda modular con ins talaciones S os tenible F echa E mis ión:

T es is tas : Ccorisapra Casavilca Andre Giomar / Mora Cass iano E duardo Concepto:

T .C 3.37

Descripción Unid Metrado VentaP.Unitar io

VE NT A (S /.)

P .Parcial VE NT A

(S /.)

Metrado

Meta

T iempo

(Meses

)

P .Unitar io

ME T A

(S /.)

ME T RADO

CONS IDE RADO

S C

1,968.14 1,531.97 PANE L S OLAR POLICR IS T AL INO 150 W, 12 V DE T RABAJO, AMPE RAJE MAXIMO DE UN 1.00 484.69 484.69 1.00 289.47 289.47 BAT E R IA PLOMO.-ACIDO , 12 V DE T RABAJO, CAPACIDAD DE 200Ah, PROF UNDIDAD

DE DE S CARGA DE 50% UN 1.00 711.98 711.98 1.00 560.00 560.00

RE GULADOR DE CARGA MPPT 20A 12V UN 1.00 120.84 120.84 1.00 115.00 115.00 INVE RS OR DE CARGA 600W 12V 20A, ONDA S E NOIDAL PURA UN 1.00 533.06 533.06 1.00 450.00 450.00 ACCE S ORIOS (JUE GO DE BORNE S PARA BAT E R IA, CONE CT ORE S ) GBL 1.00 50.00 50.00 1.00 50.00 50.00 CONDUCT OR DE 6MM2 DE CALIBRE (#10AWG) ROJO Y NE GRO M 18.00 3.75 67.58 18.00 3.75 67.50

Utilidad % Gas tos generales %

DE S CUE NT O COME RCIAL

T OT AL (S IN IGV) S /. 1,968.14 S /. 1,498.22

PRE S UPUE S T O VE NT A PRE S UPUE S T O ME T A

S IS T E MA S OL AR

OT ROS

DE S CUE NT O COME RCIAL

CUADRO COMPARAT IVO

S is tema S olar

22/10/2018

108

Se realizó el comparativo en base a tres empresas que cuentan con el suministro del

sistema resultando en mejor alternativa presupuestal Panel Solar Perú con un monto total

sin IGV de 1267.36, por lo que resulta un ahorro de 700.79 soles.

Tabla 86

Comparativo presupuestal según cotizaciones de proveedores.


Sin embargo, se requiere un análisis de valor en función de la calidad del servicio antes de

realizar la adquisición. Por ello se realizó un comparativo según la experiencia del servicio,

presupuesto, calidad del producto y las formas de pago. Resultando la empresa Panel Solar

Perú, la mejor opción para la adquisición de los productos.

P.Unitar io

(S /.)

ME T RADO

CONS IDE RADOP.Parcial (S /.)

P .Unitar io

(S /.)

ME T RADO

CONS IDE RADOP.Parcial (S /.)

P .Unitar io

(S /.)

ME T RADO

CONS IDE RA

DO

P.Parcial (S /.)

2,047.88S /. 1,267.36S /. 1,734.00S /. 370.70S /. 1.00 S /. 370.70 468.43S /. 1.00 S /. 468.43 S /. 320.00 1.00 S /. 320.00

20.00S /. 1.00 S /. 20.00 477.46S /. 1.00 S /. 477.46 600.00S /. 1.00 S /. 600.00

404.40S /. 1.00 S /. 404.40 321.46S /. 1.00 S /. 321.46 130.00S /. 1.00 S /. 130.00 1,011.00S /. 1.00 S /. 1,011.00 322.71S /. 1.00 S /. 322.71 600.00S /. 1.00 S /. 600.00

78.00S /. 1.00 S /. 78.00 9.33S /. 1.00 S /. 9.33 30.00S /. 1.00 S /. 30.00 9.10S /. 18.00 S /. 163.78 7.82S /. 18.00 S /. 140.73 3.00S /. 18.00 S /. 54.00

90.00S /.

90.00

S /. 2,047.88 S /. 1,267.36 S /. 1,644.00

AUT OS OL AR PANE L S OL AR PE RU

S /. 700.79

E L E CT RO RC S E RVICE

S /. 324.14-S /. 79.74

109

Tabla 87

Análisis de Valor para la adquisición del Sistema Solar


Asimismo, teniendo en cuenta que es costo total del kit del panel solar con las

especificaciones propuestas según presupuesto venta es de 1968.14 soles, se realizó un

comparativo del costo de recuperación de la inversión, resultando obtener toda la inversión

en 12 meses. Para ello, se ha tomado en cuenta el costo S/Kwh de energía eléctrica en la

Provincia de Huancabamba, resultando ser de 11.03 para una potencia instalada de hasta

25 kWh.

Tabla 88

Comparativo de recuperación de capital de la inversión de adquisición del panel solar

según presupuesto venta.


Asimismo, si se considera el costo real del kit del sistema solar brindada por Panel Solar

Perú de 1267.36 soles; el tiempo de recuperación de la inversión sería en 8 meses.

50%

35%

15%

40%

10%

30%

10%

5%

5%

100%

Nota: La calificación es del 1 al 10, en orden as cendente de calidad

ANAL IS IS DE VAL OR

7

7.5

7

7.75

AL CONT ADO

S IN ADELANT O


8.5

7

9


1 DIA

1 AÑOS

3 AÑOS

DIVE RS AS

S /. 1,644.00

S /. 324.14DIFE RE NCIA CON RE S PE CTO AL PRE S UPUE S TO

S IN ADELANT O

CUZCO-HUANCAVE LICA

1 AÑOS

PRE S UPUE S TO

E XPE RIE NCIA AMPLIA

S /. 2,047.88

ADE LANTOS S IN ADELANT O

FORMA DE PAGO AL CONT ADO

RE FE RE NCIAS

TOTAL

ANÁL IS IS DE EMPRES A

E XPE RIE NCIA E N OBRAS S IMILARE S

CAL IF ICACIÓN F INAL

DES CRIPCIÓN PES O EN CAL IF ICACIÓN

PROPUES T A ECONOMICA

PRE S UPUE S TO

FORMA DE PAGO Y GARANTÍAS

RE S PALDO DE INGE NIE RO RE S PONS ABLE

PROPUES T A T ÉCNICA

PLAZO DE E NTRE GA

E NTRE GA DE CE RTIF ICADOS DE CALIDAD

2 AÑOS

8 AÑOS

CUZCO-PIURA

PANE L S OL AR PE RU

2 DIAS LUE GO DE O/C

PROPUES T A T ECNICA AUT OS OL AR

PLAZO DE E NTRE GA NO E S PE CIF ICA

GARANTIA

9

8

9

-S /. 79.74

7

8.7

9.5

7.7

S /. 1,267.36

S /. 700.79

AL CONT ADO

7

7

AUT OS OL AR PANE L S OL AR PE RU

8

8

8

8.5

7

Potencia Costo (S/kWh)

25 kWh 11.03 496 14.88 164.13 1969.52 1968.14 11.99 359.75

90 kWh 48.5 496 14.88 721.68 8660.16 1968.14 2.73 81.81

150 kWh 91.8 496 14.88 1365.98 16391.81 1968.14 1.44 43.22

Demanda Electrica

(Wh/día)

Demanda Electrica

(kWh/mes)

Costo Mensual

(S/.)Sistema Solar (S/)

Recuperacion

de la inversion

(meses)

Recuperacion

de la inversion

(dias)

Costo Anual (S/.)

Costo Domestico

Huancabamba

110

Tabla 89

Comparativo de recuperación de capital de la inversión de adquisición del panel solar

según presupuesto real


El costo incluido la mano de obra, tomando en cuenta de la mano de obra especializada

para la instalación de dicho sistema solar resulta ser de 2063.94 soles.

Tabla 90

Costo de adquisición e instalación del sistema solar de la vivienda.


El costo directo de las instalaciones eléctricas resulto ser de 1979.48 soles, sin incluir el kit

del panel solar.

Potencia Costo (S/kWh)

25 kWh 11.03 496 14.88 164.13 1969.52 1267.36 7.72 231.66

90 kWh 48.5 496 14.88 721.68 8660.16 1267.36 1.76 52.68

150 kWh 91.8 496 14.88 1365.98 16391.81 1267.36 0.93 27.83

Costo Anual (S/.) Sistema Solar (S/)

Recuperacion

de la inversion

(meses)

Recuperacion

de la inversion

(dias)

Costo Domestico

HuancabambaDemanda Electrica

(Wh/día)

Demanda Electrica

(kWh/mes)

Costo Mensual

(S/.)

Rendimiento Und/DIA MO. 4.00 EQ. 4.00 S/ 2063.94

Código Descripción Recurso Unidad Cuadrilla Cantidad Precio S/. Parcial S/.

Mano de Obra

OPERARIO hh 1.00 2.00 19.18 38.36

PEON hh 2.00 4.00 13.22 52.88

S/ 91.24

Materiales

Kit Panel Solar 150 Wp und 1.00 1968.14 1968.14

S/ 1968.14

Equipos

HERRAMIENTAS MANUALES %mo 0.05 91.24 4.56

S/ 4.56

Costo unitario directo por : Und.

Instalacion de panel solar

111

Tabla 91

Costo directo de Instalaciones Eléctricas.


Para el sistema de captación pluvial se consideró un tanque de almacenamiento de 1 m3. El

tanque interceptor de primeras aguas se calculó de acuerdo al área del techo, por lo que

sería suficiente con un pequeño tanque de 50 litros.

El costo directo de las instalaciones sanitarias resulto ser de 2829.33 soles.

112

Tabla 92

Costo directo de Instalaciones Sanitarias.


Se obtuvo el monto total de las instalaciones sostenible que se propone para la

construcción de la vivienda rural en Sondorillo, resultando un costo total incluido IGV de

7996.81 soles, sin considerar la mano de obra. Este costo está considerado y evaluado por

el equipo de Gestión y Construcción.

113

Tabla 93

Costo Total de las instalaciones sostenible


114

5 DISCUSIÓN DE RESULTADOS

5.1 Captación de Agua de Lluvia en Sondorillo

Se tomó en cuenta la toma de datos de tres estaciones meteorológicas, debido que fueron

las más influentes a la zona de estudio. En cuanto al tratamiento de los datos

pluviométricos, se observa que a causa de la ausencia de datos en algunos meses de la serie

histórica de las tres estaciones estudiadas, se tuvo como necesidad usar data base confiable

proporcionado por la NASA y la ANA; por lo que la completación de datos fue importante

para realizar los análisis correspondientes y verificar la confiabilidad de la serie histórica

completada. En primera instancia, el análisis por observación fue el punto central para

darnos cuenta en algunos años que existía poca continuidad en las precipitaciones de las

tres estaciones. Asimismo, en análisis curva masa fue clave para elegir la estación base, la

que resulto la estación sondorillo debido a la menor cantidad de quiebres que presentaba,

así como la pendiente similar tanto al inicio como al final, por lo que los datos obtenidos

por dicha estación son considerados como consistentes. Por otro lado, se tuvo meses donde

fue necesario corregir la muestra debido que no cumplían con los análisis estadísticos

realizados. En cuanto a la cantidad de lluvia promedio que cae en la zona, se puede

observar que no es de magnitud alta ya que el máximo valor de precipitación que se tiene

es de 100.21 mm.

Por requerimiento de la arquitectura, se proyecta usar como material de construcción en el

techo el bambú, por lo que el coeficiente de escorrentía proporcionado fue de 0.80 es

importante mencionar que este valor de coeficiente de escorrentía se puede ajustar mucho

más si se hacen pruebas reales en los techos para calcular cuánto es lo que escurre

realmente en relación con el valor de la precipitación.

En cuanto a las condiciones de la vivienda se puede observar que el área del techo es de 50

m2, relativamente pequeña en comparación a viviendas de la costa. Esta condición genera

que la cantidad de agua que se puede recolectar sea significativamente menor que si

tuviéramos más área disponible.

115

5.2 Radiación Global Solar en Sondorillo

La dificultad observada en la zona de estudio fue no tener data exacta de radiación global

solar proporcionada por alguna estación meteorológica cercana a Sondorillo que cuente

con un instrumento de medición directa como es un pirómetro. Por las fuentes indagadas se

planteó realizar la estimación de la radiación global solar en Sondorillo por el método de

Bristow – Campbell ya que se adecua a las condiciones meteorológicas del país. La

dificultad de usar el método radica en no conocer la transmisividad térmica del lugar, por

lo que se obtuvo por plantear una correlación con data de radiación solar global

proporcionada por la NASA. Cabe resaltar que la data base proporcionada por la NASA, es

un valor promedio estimado que abarca un espacio de +- 5° en latitud y longitud, por lo

que no existe una exactitud real pero si ayuda a estimar significativamente el valor de la

transmisividad térmica del lugar. Por los cálculos obtenidos el valor de ab fue de 0.645,

dicho valor fue muy importante para estimar la radiación global solar en Sondorillo por el

Método de Bristow – Campbell, resultando un valor de 4.98 kW/m2. La radiación global

solar en Sondorillo es considerada muy viable, ya que es muy cercana a 5 kW/m2.

5.3 Velocidad de viento en Sondorillo

La dificultad para determinar el valor promedio de la velocidad de viento en Sondorillo

radica en que no se cuenta con una estación meteorológica automática que ayude a

proporcionar data muy frecuente por día. La estación meteorológica en Sondorillo es de

tipo convencional y existe ausencia de data por día que dificulta realizar el tratamiento y

análisis de la data. Por ello, se plantea elegir un año base que cuente con la mayor cantidad

de datos, resultando ser el 2014 con un total de 66 datos de velocidad de viento.

Por la variabilidad que resulta ser la velocidad del viento durante el día y para realizar un

mejor análisis de los datos, se utiliza la distribución de Weibull para convertir la data

discreta en forma continua. La distribución nos arroja un valor promedio de 6.72 m/s a una

altura de 10m, ya que es la altura donde se toma la data de la estación convencional.

Asimismo, por las especificaciones técnicas del aerogenerador a usar se tiene una altura de

captación de 6 m, por lo que se usa la Ley de Hellman para obtener la velocidad de viento

promedio a dicha altura. El resultado nos arroja un valor de 6.32 m/s a dicha altura,

116

obteniendo una velocidad de viento muy rentable. Extrapolando en la curva de potencia del

fabricante se obtiene una potencia generada de 240 W, mucho mayor a la potencia media

requerida que resulta ser de 21.04 W, por lo que con dicha cantidad de potencia se puede

abastecer a 11 viviendas con la misma demanda eléctrica. La energía anual ofertada

estimada resulta ser de 2102.4 kW-h.

117

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se puede concluir que los sistemas de abastecimiento a través de agua de lluvia son

en realidad factibles en algunas zonas donde la precipitación es considerable, y que

su poco uso hoy en día se debe únicamente a que la facilidad de abastecerse a

través de aguas superficiales freno el desarrollo de las tecnologías en cuanto a

captación pluvial. Con el estudio, queda demostrado que estos sistemas realmente

funcionan en algunos lugares en donde las personas pueden abastecerse

completamente con agua de lluvias.

Se concluye que el sistema de captación pluvial puede ser mucho más factible

económicamente, en donde el abastecimiento de agua a través del sistema

convencional de aguas superficiales sea más dificultoso y por consiguiente más

caro.

Se usó un área de captación muy pequeña de 50 m2 en comparación con el área

disponible del terreno de 220 m2, por lo que se concluye que se puede tener mayor

dotación disponible que podría dar una mayor capacidad de ahorro hídrico. No

obstante, al tener mayor capacidad de captación de agua, también se necesitaría

tanques más grandes y mayores áreas de techos de captación, por lo que se tendría

que buscar un equilibrio que permita tener la solución más económica viable.

Se puede concluir que se puede usar el método de Bristow – Campbell para estimar

la radiación global solar en otras zonas del Perú, donde no se cuente con data de

radiación pero sí de temperaturas máximas y mínimas diarias. Dicho resultado es

muy confiable, debido a que se dicho método se adecua a las condiciones

geográficas del país; por lo que se puede realizar la estimación de la radiación

global solar y obtener potencial del recurso solar.

Se identificaron diferentes muestras de velocidad de viento para realizar el análisis

correspondiente, resultando la mejor opción el 2014 al obtener un total de 66 datos.

Al obtener data diaria de velocidad de viento poco variable en meses y años, se

puede concluir que a pesar de obtener poca data a analizar se toma como confiable

el resultado de velocidad de viento promedio en la zona estudiada.

Se concluye que acorde a la demanda eléctrica calculada, y teniendo en cuenta la

sostenibilidad del sistema eléctrico, sólo es necesario contar con un panel solar de

150 Wp con una batería de 200 Ah para abastecer a toda la vivienda.

118

Se concluye que la instalación de paneles solares fotovoltaicos en una vivienda no

es un proyecto atractivo para zonas rurales para los clientes de las distribuidoras

por el alto consto de inversión, sin embargo por el potencial solar calculado, se

traduce en una rentabilidad alta a largos periodos de recuperación del capital.

Se concluye que a causa de un tratamiento de aguas residuales de la vivienda, la

calidad en este servicio queda sustentada por la instalación de un biodigestor. Este

sistema debe ser asimilado e implementado en otros lugares rurales que tengan

como problemática la carencia de este servicio de desagüe y agua.

119

7 LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN

Como punto importante de investigación, se propone para zonas rurales tener

tanque de almacenamiento pre fabricados, con ello el transporte y la instalación

sería más rápida, así como el costo de adquisición y mano de obra que se reduciría.

Otro punto importante de investigación es proponer el análisis de calidad de agua

de lluvia y garantizar si el agua de lluvia es apta para otros usos diferentes al

propuesto por la presente tesis.

Se puede proponer usar hidropaneles en zonas rurales con la finalidad de obtener de

la atmosfera agua que cumpla con la calidad requerida para consumo humano. Por

esta parte, la viabilidad de dicha propuesta será utilizada en zonas donde la

humedad relativa sea la requerida para la captación de agua de la atmosfera. En

nuestro caso, dicha propuesta sería viable en la zona estudiada, ya que la humedad

relativa en la zona es muy alta.

Se puede proponer aprovechar el biogás producido del biodigestor, dicho

aprovechamiento serviría para aportar complementariamente de energía eléctrica al

sistema, con ello se reduciría la emisión de metano a la atmosfera y se contribuye a

la sostenibilidad de la vivienda.

120

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124

ANEXOS

Anexo 1: MEMORIA DE CALCULO DE INSTALACIONES ELECTRICAS

FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS DE GRADO

MEMORIA DE CALCULO DE UNA

INSTALACIÓN DE BAJA TENSIÓN

DE UN MODULO DE VIVIENDA

RURAL SOSTENIBLE

125

DISEÑO ELECTRICO DE UNA VIVIEDA RURAL

SOSTENIBLE

1. Información del Proyecto

1.1. Terreno

Aterreno= 41.92 m2

Atechada= 41.92 m2

1.2. Cargas a considerar

Iluminación

Tomacorrientes

2. Selección del Alimentador, interruptor y tubería

2.1. Estimación de la Máxima demanda normada de la vivienda

Tabla 95: Determinación de la Máxima demanda de la vivienda

Teniendo en cuenta que la Máxima Demanda calculada es menor a 10 KW, se puede usar el

sistema monofásico o trifásico, en nuestro caso utilizaremos el sistema monofásico debido a

que es una solución para tener una mayor potencia en una sola fase.

M.D= 2500 W

V= 220 V

cosϕ= 0.9 ya que es más resistivo que inductivo

K=1, por tratarse de una sola fase

2.2. Estimación de la corriente del Alimentador

𝐼 =𝑀𝐷

𝐾 ∗ 𝑉 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜙

𝐼 =2500

1 ∗ 220 ∗ 0.9= 12.63𝐴

P.I (w) F.D(%) M.D(w)

CARGA BASICA 90M2 2500 100% 2500

CARGA ADICIONAL 0M2 0 0 0

CARGA FRACCION 0M2 0 0 0

2500

ALUMBRADO Y

TOMACORRIENTE

DESCRIPCION

TOTAL (Watts)

Tabla 94: Distribución de la

vivienda

Ambientes Área

Sala 11.39 m2

Cocina 10.24 m2

SS.HH 3.38 m2

Dormitorio 1 9.30 m2

Dormitorio 2 7.61 m2

Total 41.92 m2

Si:

𝐼 ≤ 40𝐴 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎 40𝐴

𝐼 > 40𝐴 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜

126

Por lo que I= 40 A

2.3. Estimación de la corriente de diseño del Alimentador

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 𝐼

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 40 = 50𝐴

2.4. Selección de la Sección del Alimentador

Tabla 96: Método de referencia para la instalación del alimentador. (Fuente: NTP 370.031)

127

Tabla 97: Capacidad nominal de corriente para el método de instalación para dos conductores. (Fuente: NTP

370.031)

De la tabla 2 de la NTP 370.031: Método de Instalación: B1

De la Tabla 4 de la NTP 370.031 podemos determinar la sección del alimentador.

Conductor TW de sección: S= 10 mm2

2.5. Verificación de la sección del Alimentador

Utilizando el método de Caída de Tensión

∆𝑉 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑑 ∗ 𝜌 ∗ 𝐿/𝑆

∆𝑉 = 1 ∗ 50 ∗ 0.0175 ∗15

10= 1.3125𝑉 ≤ 5.5𝑉

Por lo que la sección del alimentador es escogida.

128

2.6. Selección del Alimentador

Características Técnicas

Tipo: TW

Fases: 1

Calibre: 10 mm2

Especificación: 1-1x10 mm2 TW

2.7. Selección del Interruptor


Tipo: Termo magnético

Numero de polos: 2

Capacidad: 50A

Especificación: 2x50 A

2.8. Selección del conductor de Puesta a Tierra


Tipo: TW

Fases: 1

Calibre: 10 mm2

Especificación: 1x10

2.9. Selección de la Tubería

Tipo: PVC (P)

Diámetro: 20 mm ϕ

Especificación: 20 mm ϕ – PVC (P)

3. Sección de Circuitos Derivados

3.1. Circuito Alumbrado: C1

3.1.1. Calculo de la corriente del circuito de alumbrado

L=18 m

Considerando 1 A por cada salida. El circuito considera 5 salidas.

Luego: I= 12 A según el C.N.E

3.1.2. Calculo de la corriente de diseño del circuito de alumbrado

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 𝐼

129

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 12 = 15 𝐴

3.1.3. Selección de la sección del conductor de Alumbrado

De la Tabla 2 de la NTP 370.031: Método de Instalación: B1


Conductor TW de sección: S= 2.5 mm2 ya que le mínimo según el C.N.E para estas

conexiones.

3.1.4. Verificación de la sección del circuito de Alumbrado

Utilizando el método de Caída de Tensión

∆𝑉 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑑 ∗ 𝜌 ∗ 𝐿/𝑆

∆𝑉 = 2 ∗ 15 ∗ 0.0175 ∗18

2.5= 3.78𝑉 ≤ 5.5𝑉

Luego:

∆𝑉𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜 + ∆𝑉𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 ≤ 4% (220𝑉)

3.78 + 0.82 = 4.6 𝑉 ≤ 8.8 𝑉)

Por lo que S= 2.5 mm2

3.1.5. Selección del conductor del circuito de Alumbrado


Tipo: TW

Fases: 1

Calibre: 2.5 mm2

Especificación: 1-1x2.5 mm2 TW

3.1.6. Selección del Interruptor



Numero de polos: 2

Capacidad: 16 A


3.1.7. Selección de la Tubería


130

Tipo: PVC (L)

Diámetro: 15 mm ϕ

Especificación: 15 mm ϕ – PVC (L)

3.2. Circuito de tomacorriente: C2

L= 19 m

3.2.1. Calculo de la corriente en el tomacorriente

Considerando 1 A por cada salida. El circuito considera 7 salidas.

Luego: I= 12 A según el C.N.E

3.2.2. Calculo de la corriente de diseño en el circuito de tomacorriente

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 𝐼

𝐼𝑑 = 1.25 ∗ 12 = 15 𝐴

3.2.3. Selección de la sección del conductor de tomacorriente

De la Tabla 2 de la NTP 370.031: Método de Instalación: D


Conductor TW de sección: S= 2.5 mm2 ya que el mínimo según el C.N.E para estas

conexiones.

3.2.4. Verificación de la sección del circuito de Tomacorriente

∆𝑉 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑑 ∗ 𝜌 ∗ 𝐿/𝑆

∆𝑉 = 2 ∗ 15 ∗ 0.0175 ∗19

2.5= 3.99𝑉 ≤ 5.5𝑉

Luego:

∆𝑉𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜 + ∆𝑉𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 ≤ 4% (220𝑉)

3.99 + 0.82 = 4.81 𝑉 ≤ 8.8 𝑉)

Por lo que S= 2.5 mm2

3.2.5. Selección del conductor del circuito de Tomacorriente


Tipo: TW

Fases: 1

131

Calibre: 2.5 mm2

Especificación: 1-1x2.5 mm2 TW

3.2.6. Selección del Interruptor



Numero de polos: 2

Capacidad: 16 A


3.2.7. Selección del Conductor de Enlace Equipotencial


Tipo: TW

Fases: 1

Calibre: 2.5 mm2

Especificación: 1x2.5 mm2 TW

3.2.8. Selección de la Tubería


Tipo: PVC (P)

Diámetro: 15 mm ϕ

Especificación: 15 mm ϕ – PVC (P)

4. Cuadro Resumen

Tabla 98: Cuadro de Resumen

5. Determinación del Sistema Hibrido

5.1. Determinación de los Recursos Energéticos

5.1.1. Recursos Eólico

Según el Atlas Eólico del Perú, tal como muestra la Figura 1, la velocidad media del viento en

Sondorillo es:

Velocidad media = 10 m/s (75 m altura)

CARGAPOTENCIA

NOMINAL(W)I(A) Idiseño(A)

SECCION

ELEGIDA(mm2)

∆V SELECCIÓN

FINAL (mm2)INTERRUPTOR(A)

TUBERIA

(mm Φ)

ALUMBRADO 12 15 2.5 3.78 2.5 16 15

TOMACORRIENTE 12 15 2.5 3.99 2.5 15 152500

132

Tabla 99: Determinación de la velocidad promedio en Sondorillo tomando en cuenta Atlas Eólico del Perú

Por lo que, si se toma en cuenta el Atlas Eólico resulta tener una velocidad de viento

promedio de 7.56 m/s a una altura de 6m.

No obstante, por medio de los cálculos realizados en la Tesis, hemos podido determinar la

velocidad promedio a una altura de 6 m con data existente, lo que resulta tener una velocidad

de viento de 6.31 m/s, dato que se usara en esta memoria.

10 m/s

6 m

75 m

1

0.0024

7.56 m/sVelocidad V(h2)

Calculo de velocidad del viento

Velocidad V(h2)= V(h1)*Ln(h2/a)/Ln(h1/a)

Velocidad V(h1)=

Altura h2=

Altura h1=

Clase rugosidad (Cr)

Coeficiente rugosidad (a)

133

Figura 44: Velocidad Media Anual a 75 m. (Fuente: Ministerio de Energías y Minas del Perú)

5.1.2. Recurso Solar

Según el Atlas Solar del Perú, tal como se muestra en la Figura 2, estimamos la energía solar

promedio anual que es la equivalente a:

Irradiancia media anual = 6.0 kWh/m2

134

Figura 45: Energía Solar Incidente Diaria Promedio Anual. (Fuente: Ministerio de Energias y Minas)

No obstante, por medio de los cálculos realizados en la Tesis, hemos podido determinar que la

irradiancia promedio anual en Sondorillo por medio del Método de Bristow-Campbell es de

4.98 kWh/m2, dato que se usara en esta memoria.

135

5.2. Dimensionamiento del Sistema Eólico Fotovoltaico

5.2.1. Determinación del Consumo de Energía de la Vivienda

Tabla 100: Estimación de la Demanda de Energía. (Fuente: Propia)

5.2.1.1. Caso 1

Para el Panel:

Total de Energía Necesaria = 192 Wh/día

Para el Aerogenerador:


5.2.1.2. Caso 2

Para el Panel:




5.2.1.3. Caso 3

Para el Panel:

Uso vivienda Cantidad Potencia (W)Factor.Uso

(F.U)Dia Noche

Horas

UtilizadasWh/día

Carga Diaria

Ah/dia

Lampara (sala) 1 16 1 0.1 0.9 4 64 5.33

Lampara (dormitorio) 2 16 1 0.1 0.9 2 64 5.33

Lampara (SSHH) 1 16 1 0.1 0.9 2 32 2.67

Lampara (cocina) 1 16 1 0.1 0.9 2 32 2.67

Energía de

Consumo 1

Et1

Carga de

Consumo Diaria 1

Lt1

192 16.00

Uso vivienda Cantidad Potencia (W)Factor.Uso

(F.U)Dia Noche

Horas

Utilizadas

Energía Diaria

Wh/día

Carga Diaria

Ah/dia

TV Color 21" 1 80 0.80 0.2 0.8 3 240.00 20.00

Lampara mesa de noche 2 16 0.70 0.1 0.9 2 64.00 5.33

Energía de

Consumo 2

Et2

Carga de

Consumo Diaria2

Lt2

304.00 25.33

Energía Total

de Consumo

Et

Carga Total de

Consumo Diaria

Lt

496.00 41.33

Factor de Simultaneidad (F.S)

Factor de Simultaneidad (F.S)

136


5.2.1.4. Caso 4



5.2.2. Determinación de la Capacidad del Generador Fotovoltaico Caso1

5.2.2.1. Determinación de las Horas Sol Pico (HSP)



𝐻𝑆𝑃 =4.98

1= 4.98 𝐻𝑆𝑃

5.2.2.2. Calculo de Paneles Solares







Peso Neto: 12 Kg





4.98 ∗ 0.8 ∗ 150= 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙

5.2.2.3. Capacidad de las Baterías para Panel Solar





137








12 ∗ 0.8= 80 𝐴ℎ (𝐶100)

5.2.3. Determinación de la Capacidad del Generador Eólico Caso1

Especificaciones Técnicas

Modelo: TGWT-400M

Potencia Nominal : 400W

Voltaje: 12/24V

Velocidad de Viento para funcionamiento: 2.5 m/s

Peso Total: 13Kg

Diámetro: 1.7 m

Numero de Hojas: 3/5

Tabla 101: Determinación de la capacidad de generador eólico Caso I.(Fuente: Propia)

3 El valor C100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada por ciclos de carga de 100 h,

que es la frecuencia de carga normalmente establecida en electrificación rural.

Diametro del rotor (D) 1.7 m

Numero de Palas(P) 3 und

Area de Barrido (A) 1.01 m2

Energía Eolica = 304 Wh/día

Potencia Media = Energía Eolica/24 W

Potencia Media = 12.67 W

Sistema Eolico

138

Figura 46: Curva de Potencia del fabricante

Extrapolando en la curva de potencia del fabricante se determina que la potencia generada

será de 200 W.

La energía total anual:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 ∗ 24 ∗ 365/1000

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 200 ∗ 24 ∗365

1000= 1752𝐾𝑊 − ℎ

5.2.4. Determinación de la Capacidad del Generador Fotovoltaico Caso 2




𝐻𝑆𝑃 =4.98

1= 6.5𝐻𝑆𝑃




139





Peso Neto: 12 Kg





4.98 ∗ 0.8 ∗ 150= 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙













12 ∗ 0.8= 31.7 𝐴ℎ (𝐶100)

5.2.5. Determinación de la Capacidad del Generador Eólico Caso 2


Modelo: TGWT-400M


Voltaje: 12/24V


Peso Total: 13Kg

Diámetro: 1.7 m

140


Tabla 102: Determinación de la capacidad de generador eólico Caso II. (Fuente: Propia)



será de 200 W.

La energía total anual:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 ∗ 24 ∗ 365/1000

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 200 ∗ 24 ∗365

1000= 1752𝐾𝑊 − ℎ







Sistema Eolico

141

5.2.6. Determinación de la Capacidad del Generador Fotovoltaico Caso3




𝐻𝑆𝑃 =4.98

1= 4.98𝐻𝑆𝑃






Corriente máxima (A): 6.70



Peso Neto: 12 Kg





4.98 ∗ 0.8 ∗ 150= 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙









4 El valor C100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada por ciclos de carga de 100 h,

que es la frecuencia de carga normalmente establecida en electrificación rural.

142





12 ∗ 0.8= 206.7 𝐴ℎ (𝐶100)

5.2.7. Determinación de la Capacidad del Generador Eólico Caso 4


Modelo: TGWT-400M


Voltaje: 12/24V


Peso Total: 13Kg

Diámetro: 1.7 m


Tabla 103: Determinación de la capacidad de generador eólico Caso IV. (Fuente: Propia)







Sistema Eolico

143



será de 200 W. Por lo que el aerogenerador solo puede abastecer a 9 viviendas con similar

demanda eléctrica.

6. Elección del Sistema

Al analizar los 4 casos y teniendo en cuenta la optimización del sistema con el aporte de

energía eléctrica alterna abasteciendo a todos los aparatos eléctricos de la vivienda, resulta

conveniente por la zona del proyecto usar el Caso III. Por lo que la vivienda será abastecida

por un panel solar con las especificaciones detalladas en dicho caso.

7. Especificaciones y cálculos complementarios para el diseño del Sistema Solar Caso III

El panel solar debe estar direccionado hacia el ecuador con un ángulo de inclinación

de 15° ya que la latitud del lugar es de 5°20’23”.

144

Tabla 104: Angulo de Inclinacion del Panel Solar.

Tamaño de Alambre: Es una consideración importante en todos los sistemas, pero más en

sistemas de bajo voltaje (12V). La pérdida de 2 voltajes en un sistema de 240V no es tan mala

porque representa 1% del voltaje perdido a resistencia. Pero, perder el mismo 2 voltios en un

sistema 12 V representa una caída de tensión (voltaje) de case 17%, que es demasiado.

Nunca queremos perder más que 5% debido a caída de voltaje. Si los tamaños de alambre son

disponibles, intentamos diseñar para 2% - 3% caída de voltaje. Teniendo en cuenta la

distancia del panel al controlador de 8m, y para una caída de tensión de 2% según la

intensidad del panel, resulta tener el tamaño del alambre de 10 mm2 (#6AWG), pero si

usamos 5% de caída de tensión, nos daría un tamaño de 4 mm2 (#10AWG). Por lo que, para

este diseño se considera tener un tamaño de 6 mm2., valor promedio con un porcentaje de

seguridad.

Diseño del Sistema Solar

Panel Solar:

Tomando en cuenta los 4.98 HSP y los 150Wp por especificación del panel, se tiene

747 Wh.

Tomando en cuenta la temperatura, un panel produce su vatios nominal cuando la

temperatura de la superficie del panel es de 25° C, por lo que debemos de ajustar

cuando la temperatura del panel no es de 25° C. En Sondorillo, la temperatura

promedio es de 20° C. Cabe resaltar que los paneles solares trabajan mejor en un día

frío con sol brillante. Por cada degrado que la temperatura del panel es más que 25°C,

la potencia del panel es 0.5% menos.

𝑇𝑒𝑚𝑝 𝑎𝑖𝑟𝑒(°𝐶) + 15 = 𝑇𝑒𝑚𝑝 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟

145

20 + 15 = 𝑇𝑒𝑚𝑝 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 35°𝐶

Temperatura del Panel Solar para 100% de eficiencia = 25°C (constante para todos los

paneles solares).

35 − 25 = 10°𝐶

Esta es la cantidad de grados de temperatura sobre el óptimo.

10 ∗ 0.5 = 5%

Así que la eficiencia del panel es de un 95% a una temperatura ambiente de 20°C.

En resumen, si instalamos 150W panel solar en el área de 4.98 HSP, se tendrá:

150𝑊 ∗ 95% ∗ 4.98𝐻𝑆𝑃 = 709.65𝑊ℎ/día

Hasta el momento, un solo panel solar con las especificaciones mencionadas puede abastecer

la demanda eléctrica.

Eficiencia de la Batería:

La mayoría de las baterías tienen una eficiencia de 85% - 80%. Esto significa que cuando la

energía pasa por la batería, el 15% - 20% de la energía está perdida.

Eficiencia del Inversor:

El inversor usualmente tiene 85% - 90% de eficiencia. Se usará el 90%.

Eficiencia del Alambre:

Se usa calibre mayor de alambre para que no resulte alta la caída de tensión. Queremos

minimizar la caída de tensión a 5% o menos. Cuando perdemos voltios debido al alambre que

es demasiado pequeño significa que también perdemos energía porque voltios multiplicados

por amperios resulta watts. La eficiencia resulta 97%.

Tamaño del Panel

Tomando todas las perdidas en cuenta, se puede encontrar la potencia instalada.

150𝑊 ∗ 95% ∗ 90% ∗ 80% ∗ 97% = 99.522𝑊

99.522𝑊 ∗ 4.98𝐻𝑆𝑃 = 495.62𝑊ℎ

146

Por lo que resulta tener un Factor del Panel de 0.66 o 66.348%.

Se calculó una carga requerida de 496Wh por día, entonces tendremos que dividir los 496 Wh

por el factor del panel para ver cuantos vatios horas necesitamos producir.

496𝑊ℎ

0.66348= 747.57 𝑊ℎ

Por dato las HSP es de 4.98, tendremos 4.98 horas iguale para producir estos vatios horas por

día.

747.57𝑊ℎ

4.98ℎ= 150.12 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠

Por lo que el panel de 150W cumple con las expectativas planteadas.

Tamaño de la batería

La batería almacena energía en vatiohoras como un tanque de combustible, asimismo, la

batería en promedio tiene una eficiencia de 85%, entonces:

496𝑊ℎ

0.85= 583.53𝑊ℎ

Pero si el tamaño de la batería es de 583.53 Wh significaría:

No tendríamos energía de sobra en días cuando no hay sol para cargar la batería.

Descargando la batería cada día, resultaría aminorar la vida útil de esta.

Entonces, para elegir el tamaño de la batería, tenemos que tomar en cuenta estas dos

consideraciones:

Días sin sol: en zonas rurales es de 4 a 6 días, por lo que se asume 4 días.

583.53𝑊ℎ ∗ 4 = 2334.12𝑊ℎ

Evitar descargar la batería más del 50%: existe la posibilidad que la batería se

descargue completamente cuando no hay sol por 4 días. No se desea descargar la

batería más de la mitad, por lo que necesitamos que la batería almacene el doble de

Wh (profundidad de descarga).

2334.12 ∗ 2 = 4668.24𝑊ℎ

147

Las baterías no se venden en Wh sino en amperios horas, así que hay que realizar otra

operación matemática para calcular la cantidad de Ah que necesitamos. En nuestro caso las

baterías son de 12 voltios.

𝑉𝑎𝑡𝑖𝑜ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠= 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

4668.24𝑊ℎ

12𝑉= 389.02𝐴ℎ

Resulta no tan viable tener una batería de 400Ah por un tema económico. Por lo que se asume

tener una profundidad de descarga de 55%.

Entonces siguiendo el mismo cálculo resulta una batería de 200Ah.

8. Esquema Unifilar del Sistema

Figura 49: Diagrama Unifilar del Sistema. (Fuente: Propia)

148

Anexo 2: MEMORIA DE CALCULO DE INSTALACIONES SANITARIAS

FACULTAD DE INGENIERÍA – INGENIERÍA CIVIL

TESIS DE GRADO

MEMORIA DE CALCULO

INSTALACIONES SANITARIAS DE

UN MODULO DE VIVIENDA

RURAL SOSTENIBLE

149

Alcance

Las instalaciones sanitarias tienen por objeto abastecer a todos y cada uno de los aparatos y

equipos sanitarios con caudales y presiones adecuadas, de tal manera que cada aparato

sanitario tenga un funcionamiento correcto.

Las instalaciones sanitarias estudiadas en este caso, son del tipo domiciliario, donde se

consideran los aparatos sanitarios de uso privado. Estas instalaciones básicamente deben

cumplir con las exigencias de habitabilidad, funcionabilidad, durabilidad y economía en toda

la vivienda.

El diseño de la red sanitaria, que comprende el cálculo de la pérdida de carga disponible, la

pérdida de carga por tramos considerando los accesorios, el cálculo de las presiones de salida,

tiene como requisitos: conocer la presión mínima de salida, las velocidades máximas

permisibles por cada tubería y las diferencias de altura, entre otros. Conociendo estos datos se

logrará un correcto dimensionamiento de las tuberías y accesorios de la vivienda, como se

verá en el presente trabajo.

El trabajo se basa en el método más utilizado para el cálculo de las redes de distribución

interior de agua, que es el denominado Método de los gastos probables, creado por Roy B.

Hunter, que consiste en asegurar a cada aparato sanitario un número de “unidades de gasto”

determinadas experimentalmente. Este método se usa tanto para el diseño de agua fría,

caliente y para el diseño del sistema de desagüe

La metodología seguida en los diseños correspondientes se toma como referencia básicamente

la Norma IS-010 del Reglamento Nacional de Edificaciones.

A continuación de prescribe los procedimientos y detalles de los cálculos seguidos para el

diseño correspondiente de las diferentes redes sanitarias consideradas en el presente proyecto.

150

1. Probable consumo de Agua

1.1. Consumo Promedio Diario

1.1.1. Dotación

Tabla 105: Dotaciones de agua para viviendas unifamiliares. (Fuente: RNE IS.010)

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑡𝑒 = 100 𝑚2

𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐿/𝑑 = 1500

Estas cifras incluyen dotación doméstica y riego para jardines. Sin embargo, por ser una

vivienda de tipo rural y teniendo en cuenta que los habitantes las características

socioeconómicas, culturales, densidad poblacional y condiciones técnicas que permitan en el

futuro la implementación de un sistema de saneamiento a través de redes, se utilizaran

dotaciones de hasta 100 L/hab/día. (Guía MEF 2011). Por lo que resulta:

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑁°𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗100𝐿

ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒/𝑑í𝑎

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3 ∗100𝐿

𝑑í𝑎

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 300 𝐿/𝑑

1.1.2. Sistema de Almacenamiento y Regulación

Con la finalidad de absorber las variaciones de consumo, continuidad y regulación del

servicio de agua fría en la vivienda, se ha proyectado el uso de un Tanque Elevado, que opera

de acuerdo a la demanda de agua de los usuarios:

151

Cuando solo exista tanque elevado, su capacidad será como mínimo igual a la dotación diaria,

con un volumen no menor a 1000 L. (RNE IS.010)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜 = 1000 𝐿 = 1 𝑚3

2. Diseño de Instalaciones Interiores de Agua Fría

El objetivo del diseño de la red de agua fría, consiste básicamente en determinar el caudal del

diseño, la presión en cada punto, el diámetro y la longitud de las tuberías. Así como también

determinar la presión necesaria en cada aparato sanitario. Todo esto con la finalidad de

abastecer a los aparatos sanitarios con presiones y caudales adecuados.

En el presente diseño se toman como base para los cálculos lo estipulado en la Norma IS 010

del Reglamento Nacional de Edificaciones.

2.1. Gasto Total de la Vivienda

Se calcula el gasto total de la vivienda correspondiente, para ello se utilizará el Anexo N° 01.

Tabla 106: Unidades de Gasto para aparatos de uso privad. (Fuente: RNE IS.010)

152

2.2. Cálculo Hidráulico

El Cálculo hidráulico se realiza por sistema indirecto, considerando que el agua es

almacenada en un tanque elevado a cierta altura para obtener la presión deseada y abastecer

hasta el último aparato sanitario, utilizando los parámetros de la IS. 010 del Reglamento

Nacional de Edificaciones.

Tabla 107: Gastos Probables Método de Hunter. (Fuente: RNE IS.010)

Tabla 108: Determinación de la Máxima Demanda Simultánea en la vivienda rural. (Fuente: Propia)

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total

Numero

Aparatos

Sanitarios

Unidades de

GASTOSub total Total U.G

Caudales en

L/s

Primer Nivel 1 3 3 1 0.75 0.75 1 1.5 1.5 1 2 2 7.25 0.28

0.2825

Descripcion

Inodoros Lavatorio Ducha Lavadero

Maxima demanda Simultanea (lps)

153

Mediante la fórmula de Hazem y Williams se calcula la pérdida de cargas que existe en cada

tramo de la tubería de distribución y de alimentación:

ℎ𝑓 = 1.21 ∗ 1010 ∗ 𝐿 ∗ (𝑄

𝐶)

1.85

∗ 𝐷−4.87

154

Tabla 109: Determinación de la pérdida de carga en los tramos de la tubería de alimentación y Distribución. (Fuente:

Propia)

3. Diseño Interior de la Red de Desagüe

Los diámetros de los montantes y de colectores se calcularan de acuerdo a las normas establecidas

en reglamento nacional de edificaciones vigente.

3.1. Calculo de Diámetro de la Montante

Para la determinación del diámetro de la montante se requiere utilizar el número máximo de

unidades de descarga que puede ser conectado a las montantes, según el Anexo N° 8, IS.010 del

RNE, se tiene:

Tabla 110: Determinación del diámetro de la montante. (Fuente: RNE IS.010)

(lps) (pulg) (mm) (m2) (m/seg) (m/seg) N° Le N° Le N° Le N° Le N° Le (m) (m) (mca)

A-F 7.25 0.283 L/s 3/4" 19 0.000284 1.00 cumple 3 2.331 3.84 6.17 0.397 3.2 2.806

F-Lp 2 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 4 2.128 1 1.064 1 0.112 1.84 5.144 0.430 1.2 1.176

F - N 5.25 0.235 L/s 3/4" 19 0.000284 0.83 cumple 1 0.777 1 1.554 1 0.112 0.91 3.353 0.153 0.6 2.053

N - Wc 4.5 0.195 L/s 3/4" 19 0.000284 0.69 cumple 1 1.554 0.51 2.064 0.067 0 1.986

Wc - D 1.5 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 1 0.532 1 1.064 1.82 3.416 0.286 1.2 0.500

N - L 0.75 0.120 L/s 1/2" 13 0.000133 0.90 cumple 1 0.532 1 1.064 0.57 2.166 0.181 0.2 1.671

LONGITUD TRAMO RECTO (m) LONGITUD D EQUIVALENTE (m)PERDIDA CARGA NPT PRESION

CODO TEE REDU ENSA VALVUL

CALCULO DE PRESIONES 1ER NIVEL

TRAMO UHQ D DN A V V

LONGITUDES EQUIVALENTE

155

3.2. Cálculo del Diámetro del Colector Horizontal

Para determinar el diámetro de los colectores de la vivienda se requiere utilizar el número máximo

de unidades de descarga que puede ser conectado a dicho colector. Para los colectores de desagüe

domestico se tiene:

Según el RNE Anexo N°9, los colectores de la vivienda deben ser dimensionados según el número

máximo de unidades de descarga que se pueden conectar a estos, según:

Tabla 111: Numero Máximo de unidades de descarga. (Fuente: RNE IS.010)

Las dimensiones de las cajas de registro, así como la profundidad se tomaron de acuerdo a la tabla

siguiente estipulada en RNE.

Tabla 112: Determinación del Diámetro de Tubería y Profundidad de las cajas de registro. (Fuente: RNE IS.010)

156

Anexo 3: PLANOS POR ESPECIALIDAD

157

158

Documents

Propuesta de construcción de una vivienda modular rural