“Colector solar térmico de calentamiento de agua para confort térmico en el aseo de estudiantes de la I.E. 10817 Marayhuaca”

Abstract

En el centro poblado Marayhuaca, distrito de Incahuasi, provincia de Ferreñafe, Lambayeque, se ubica la Institución Educativa de Secundaria Menores No 10817, con aproximadamente 200 estudiantes a 3630 m s. n. m., donde las bajas temperaturas y el agua cercana a 8 °C dificultan la higiene diaria y el confort térmico. Ante esta problemática, la investigación tuvo como objetivo diseñar un colector solar térmico para el calentamiento de agua destinado al aseo estudiantil. El análisis del recurso solar evidenció condiciones favorables, con una irradiación promedio de 4,97 kWh/m2·día, suficiente para su aprovechamiento energético. La demanda estimada fue de 600 L/día, equivalente a 13,95 kWh/día, base para el dimensionamiento del sistema. Mediante una matriz morfológica y evaluación técnico-económica se seleccionó un colector solar plano con componentes eficientes y de fácil mantenimiento. El diseño final consideró un área de captación de 6,5 m2, tanque acumulador de 700 L y sistema auxiliar de 2 kW, logrando cubrir la demanda diaria de agua caliente. La inversión aproximada fue de S/ 16 038, con un ahorro anual cercano a S/ 1 660 y recuperación en alrededor de 10 años. Se concluye que el sistema es técnicamente viable y socialmente pertinente, al mejorar la higiene, el bienestar y el uso de energías renovables en el entorno escolar.

In the village of Marayhuaca, in the district of Incahuasi, province of Ferreñafe, Lambayeque, lies the Secondary School No. 10817, with approximately 200 students, located at an altitude of 3630 meters above sea level. The low temperatures and water temperatures of around 8°C make daily hygiene and thermal comfort difficult. To address this problem, the research aimed to design a solar thermal collector for heating water for student hygiene. Analysis of the solar resource revealed favorable conditions, with an average irradiation of 4.97 kWh/m2·day, sufficient for energy use. The estimated demand was 600 L/day, equivalent to 13,95 kWh/day, which served as the basis for sizing the system. Using a morphological matrix and a technical-economic evaluation, a flat-plate solar collector with efficient and easily maintained components was selected. The final design indicated a collector area of 6,5 m2, a 700 L storage tank, and a 2 kW auxiliary system, successfully meeting the daily hot water demand. The approximate investment was S/ 16 038, with annual savings of approximately S/ 1 660 and a payback period of around 10 years. It is concluded that the system is technically viable and socially relevant, as it improves hygiene, well-being, and the use of renewable energy in the school environment.