Diseño y estudio operativo de un sistema de calefacción solar-biogás para el complejo acuático de la UABC / [recurso electrónico] / José Armando Corona Sánchez ; director, Nicolás Velázquez Limón ; codirector, Ricardo López Zavala

Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería

Tesis (Maestría) - - Universidad Autónoma de Baja California, Instituto de Ingeniería, Mexicali, 2024

Incluye referencias bibliográficas.

El consumo de energía en las edificaciones con instalaciones deportivas como los complejos
acuáticos, tienen un alto consumo energético directamente relacionado al sistema de
calentamiento de agua, estos consumen del 30 al 45 % de la energía total consumida. En este
trabajo se propone el diseño de un sistema híbrido que utilice las energías renovables como
fuente de energía. Para ello, se desarrolló un modelo matemático para simular en TRNSYS el
comportamiento térmico de una piscina a partir de las condiciones meteorológicas del lugar de
ubicación. Planteando la creación de un nuevo módulo (Type) programado en MATLAB con
el código del modelo de transferencia de calor. En la validación del modelo matematico, el
margen de error promedio relativo de la temperatura simulada y la reportada por investigadores
es de 0.0326 (3.2 %), RMSE = 0.08, MAE = 0.78 y un BIAS= -1.48 % y la mayor discrepancia
se obtuvo en el segundo día con una diferencia en las temperaturas de 1.79 oC. Por lo tanto, el
modelo reproduce adecuadamente la temperatura del vaso de agua de la piscina bajo las
condiciones ambientales del recinto, por lo que se puede utilizar como una herramienta
confiable para generar análisis técnicos y económicos de sistemas de calefacción (termosolar,
bombas de calor, calderas, etc.) para complejos acuáticos a partir del comportamiento térmico
que tenga el sistema. Posteriormente de la validación, se hicieron simulaciones operativas para
el caso base, el cual mostró un pico en el consumo energético en el mes de diciembre, sin
embargo, este no empató con el máximo de costo de operación mensual, ya que el precio del
gas sufre un incremento cerca del 10 % en el mes de enero lo cual produjo un coste de 202,725
$/mes. Tambien, se simularon las configuraciones con diferentes áreas de captación termosolar
con el fin de evaluar su aportación de energía térmica, también llamada fracción solar. En el
estudio de viabilidad económica se sometieron las propuestas que se simularon, por lo que se
obtuvieron sus costos de inversión inicial, operación y mantenimiento, para determinar sus
tiempos de retorno de inversión. La configuración con un área captación de 240 m2 muestra un tiempo de recuperación de 3 años, alcanzando una fracción solar anual mayor al 40 % y un
ahorro de $328,500 al año. Además, cumple con los requerimientos de la norma (NADF-008-
AMBT-2017), que establece las especificaciones técnicas para el aprovechamiento de la
energía solar en el calentamiento de agua en instalaciones y solicita que, para un edificio con
las características del complejo acuático, le corresponde el 40 % de aportación solar de la
demanda térmica total que necesita el edificio.