1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
5. Tesis CENIDET
6. Tesis de Maestría
7. Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

Título:	Diseño y estudio de un sistema solar geotérmico (SSG) para la refrigeración de una edificación en México
Autor:	Aguilar Cayetano, Eleazar Sergio%1304393
metadata.dc.subject.other:	Sistema solar-geotérmico, refrigeración sustentable, energía geotérmica, energía solar térmica, chiller por absorción, almacenamiento térmico, simulación energética, análisis exergético
Data:	2026-05-22
Editora:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Descrição:	En el presente trabajo se desarrolla y evalúa un sistema solar–geotérmico integrado (SSG) con el objetivo de climatizar una edificación bajo condiciones climáticas extremas de alta temperatura, representativas de la región de Mexicali, Baja California, México, y analizar su viabilidad técnica, energética, exergética y económica como alternativa a los sistemas convencionales de refrigeración por compresión mecánica. La metodología empleada combina simulación dinámica mediante el software TRNSYS con análisis termodinámicos complementarios y una evaluación económica basada en indicadores financieros convencionales. El sistema propuesto se configura de manera modular e integra de forma secuencial un subsistema geotérmico, un campo de colectores solares térmicos, un sistema de almacenamiento térmico y un chiller por absorción. El proceso inicia con el aprovechamiento del recurso geotérmico mediante un circuito de salmuera que transfiere calor a un circuito secundario de agua a través de un intercambiador de calor salmuera–agua. Posteriormente, el fluido térmico circula hacia un campo de colectores solares térmicos, donde se incrementa su temperatura mediante el aprovechamiento de la radiación solar disponible. El calor obtenido se almacena en un tanque de almacenamiento térmico estratificado, desde el cual se suministra energía térmica al generador de un chiller por absorción encargado de producir la capacidad de enfriamiento requerida para cubrir la carga de enfriamiento de la edificación. Parte del fluido es recirculado hacia el intercambiador de calor, permitiendo aprovechar de manera conjunta el calor geotérmico disponible y la energía solar térmica. A partir de la simulación anual del sistema se evaluó su desempeño energético, identificándose una fracción solar del orden del 60%, lo que confirma la capacidad del sistema para cubrir una parte significativa de la demanda de enfriamiento anual mediante el aprovechamiento de energía solar térmica. El análisis de la carga térmica del edificio muestra un comportamiento estacional asociado a las condiciones climáticas de la región, registrándose la mayor demanda de enfriamiento durante el mes de julio, con una capacidad requerida cercana a 111.79 kW (aproximadamente 31.68 toneladas de refrigeración). Asimismo, se observó una adecuada correspondencia entre la disponibilidad del recurso solar y los periodos de mayor demanda de enfriamiento, particularmente durante los meses críticos de operación. El análisis exergético permitió evaluar la calidad de la energía en los distintos componentes del sistema, obteniéndose una eficiencia exergética global del orden del 21%, valor coherente con sistemas térmicos de baja temperatura impulsados por energía solar. Las principales destrucciones de exergía se localizaron en el campo de colectores solares y en los procesos de transferencia de calor asociados al suministro térmico del chiller por absorción. El sistema de almacenamiento térmico mostró un desempeño favorable dentro del rango de temperaturas de diseño, manteniendo temperaturas del fluido térmico entre aproximadamente 85 y 95 °C en la zona superior del tanque, adecuadas para la alimentación del generador del chiller, lo que contribuyó a la estabilidad operativa del sistema. Desde el punto de vista económico, se realizó una evaluación comparativa frente a un sistema convencional de refrigeración, considerando un escenario equivalente al 100 % de la demanda mediante la integración de seis módulos del sistema solar–geotérmico. El análisis incluyó el cálculo del periodo de retorno simple, el valor presente neto y la tasa interna de retorno bajo distintos escenarios tarifarios. Con el dimensionamiento final adoptado, la inversión total asciende a 3,109,990.02 USD. Los resultados muestran que, bajo una tarifa eléctrica de 0.067 USD/kWh, el sistema presenta un valor presente neto ligeramente negativo y una tasa interna de retorno cercana al 9.7%, situándose en una condición financiera próxima al punto de equilibrio, aunque sin alcanzar rentabilidad descontada dentro del horizonte de 20 años considerado. En el escenario de tarifa baja (0.045 USD/kWh), el sistema no alcanza rentabilidad financiera, presentando un VPN claramente negativo, aun cuando existe recuperación simple de la inversión. El análisis de sensibilidad permitió determinar un precio crítico de electricidad del orden de 0.070 USD/kWh, a partir del cual el sistema alcanza rentabilidad financiera bajo las condiciones económicas evaluadas. Este umbral supera ligeramente la tarifa alta considerada, lo que explica el comportamiento observado en los indicadores financieros. En consecuencia, la viabilidad económica del sistema no depende únicamente de su desempeño energético, sino del contexto tarifario específico y del nivel de inversión requerido. En conjunto, los resultados confirman que el sistema solar–geotérmico integrado constituye una alternativa técnicamente viable, energéticamente eficiente y ambientalmente favorable para aplicaciones de refrigeración. No obstante, su viabilidad económica se encuentra condicionada al contexto tarifario y a los costos de inversión, lo que resalta la importancia de integrar análisis energético, exergético y económico de manera conjunta para evaluar de forma integral sistemas de refrigeración basados en energías renovables, particularmente en regiones con alta radiación solar y altas demandas de enfriamiento.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Aparece nas colecções:	Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

Este registo está protegido por copyright original. Ver licença

Este registo está protegido por Licença Creative Commons