Ingeniería Mecánica · 2025
Evaluación técnica y económica de una cava de refrigeración asistida con energía solar fotovoltaica operando en ciudades representativas de diferentes pisos térmicos colombianos para la conservación de productos agrícolas
Este trabajo de grado evalúa técnica y económicamente una cava de refrigeración asistida con energía solar fotovoltaica operando en ciudades representativas de diferentes pisos térmicos colombianos para la conservación de productos agrícolas, la investigación aborda la viabilidad técnica y económica del sistema. Este trabajo se estructura en varias partes. Primero se aborda la explicación de lo que es una cava de refrigeración térmica. Posteriormente se introduce el conocimiento de las propiedades del ambiente en cada una de las localizaciones, en este caso, se realiza en Armenia (Quindío), Bogotá (Cundinamarca) y Barranquilla (Atlántico), ciudades las cuales fueron seleccionadas por encontrarse en ellas los parámetros necesarios para realizar una evaluación completa y precisa. Esto debido a que estas tres ciudades cuentan con condiciones climáticas diversas o contrastantes, como diferencias en la temperaturas, humedades relativas, altitud, radiación solar de la zona y si su productividad agrícola es alta, media o baja, para de esta manera poder analizar la variación de desempeño de las cavas en distintos entornos y condiciones ambientales...
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Contenido
- Resumenp. 4
- Abstractp. 6
- Introducciónp. 18
- Planteamiento del problemap. 19
- Objetivosp. 21
- 1.2.1 Objetivo generalp. 21
- 1.2.2 Objetivos específicosp. 21
- Contribuciónp. 22
- Marco teóricop. 23
- 1.5.1 Clima de Colombia y pisos Térmicosp. 23
- Clima de Colombia:p. 23
- Pisos térmicos:p. 23
- 1.5.2 Cavas de refrigeraciónp. 24
- Diseño térmicop. 24
- 1.5.3 Refrigeración integrada con energía solarp. 26
- 1.5.4 Indicadores técnicos y económicosp. 26
- Clima, producción agrícola y radiación en Colombiap. 27
- 1.6.1 Pisos térmicos:p. 23
- 1.6.2 Relevancia agrícola y económica:p. 28
- 1.6.3 Radiación solar:p. 28
- Análisis de las ciudadesp. 29
- Importancia agrícolap. 29
- Ciudades y pisos térmicosp. 31
- Radiación solarp. 32
- Ciudades seleccionadasp. 35
- Selección de los productos agrícolas para cada una de las regionesp. 36
- Desarrollo modelo termodinámicop. 40
- Potencia frigorífica total del evaporador:p. 40
- Cargas debido al enfriamiento del producto:p. 41
- 3.2.1 Calor para conservación del productop. 41
- 3.2.2 Calor de respiraciónp. 42
- 3.2.3 Enfriamiento del embalaje:p. 42
- Ganancias de calor a través de los cerramientos:p. 43
- Ganancias de calor por renovación de aire:p. 43
- Ganancias de calor internas:p. 45
- Aplicación modelo termodinámicop. 46
- Diseño instalación solar fotovoltaicap. 55
- Estimación del consumop. 55
- Fuente: (Area Cooling Solutiones, 2025)p. 55
- Tiempo de funcionamiento de la cava de refrigeración por día:p. 56
- Consumo eléctrico diario de la cavap. 56
- Irradiación solar en cada escenariop. 57
- 4.4.1 Ángulo de radiaciónp. 57
- 4.4.2 Hora Solar Pico (HSP)p. 58
- Paneles solaresp. 59
- 4.5.1 Cantidad de paneles solares:p. 61
- Cantidad de baterías:p. 61
- 4.6.1 Baterías en serie:p. 62
- 4.6.2 Baterías en paralelo:p. 63
- Controlador de carga:p. 66
- Inversor:p. 68
- Indicadores técnicos y económicosp. 26
- Indicador técnico COP:p. 70
- Indicador económico CAPEX:p. 71
- Indicador económico OPEXp. 72
- Indicador económico ROI o retorno a la inversiónp. 73
- Conclusionesp. 78
- Referencias bibliográficasp. 81
- ANEXOSp. 86
- Anexo 1p. 86
- Armeniap. 34
- Anexo 2p. 87
- Catalogo de Area Cooling Solutiones para equipos de refrigeración de Bogotáp. 87
- Anexo 3p. 88
- Ficha técnica panel solarp. 88
- Anexo 4p. 89
- Jingsun 200Ah Batería de iones de litio Solar Recargable 48Vp. 89
- Anexo 5p. 90
- Anexo 6p. 91
- Inversor utilizado para los sistemas solaresp. 91
- (De Minas & Upme, 2005)p. 33
- Figura 3.1 Ilustración de cargas térmicas dentro y fuera de la cavap. 41
- 2025)p. 57
- 2025)p. 57
- Armeniap. 34
- Figura 4.4 Ilustración de banco de baterías para la ciudad de Armeniap. 66
- Tabla 1.1 Alturas y temperaturas de los pisos térmicosp. 23
- Tabla 2.1 Características de las ciudades a ser evaluadasp. 34
- Tabla 2.2 Ciudades seleccionadasp. 36
- Tabla 2.4 Productos agrícolas Armenia tomado de (Andrés F. López Camelo, 2003)p. 37
- Tabla 2.5 Productos agrícolas Bogotá tomado de (Andrés F. López Camelo, 2003)p. 37
- (Y. A. , & B. M. A. Çengel, 2010) y (ASHRAE, 1998)p. 39
- A. , & B. M. A. Çengel, 2010) y (ASHRAE, 1998)p. 39
- , & B. M. A. Çengel, 2010) y (ASHRAE, 1998)p. 40
- Tabla 3.1 Valores necesarios para cálculo de cargas por enfriamiento del productop. 46
- Tabla 3.2 Valor de la carga de refrigeración de productop. 47
- Tabla 3.3 Valor de respiración de los productosp. 47
- Tabla 3.4 Valor carga térmica de respiraciónp. 48
- Tabla 3.5 Valores para cálculo de la carga debido al enfriamiento del embalajep. 48
- Tabla 3.6 Valores para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calorp. 49
- Tabla 3.7 Valores necesarios para cálculo de carga debido a cerramientosp. 49
- Tabla 3.8 Valores para el cálculo de la humedad específica del airep. 50
- Tabla 3.9 Valores para el cálculo de la entalpía del aire exteriorp. 50
- Tabla 3.13 Valores de cargas térmicas en cada una de las ciudadesp. 52
- Tabla 4.1 Equipo de refrigeración seleccionado para cada ciudadp. 55
- Tabla 4.2 Consumo eléctrico diario de la cava en cada ciudadp. 56
- Tabla 4.3 Latitud en cada ciudadp. 57
- Tabla 4.4 Ángulo de inclinación de los paneles en cada ciudadp. 58
- Tabla 4.5 Irradiación mensual de cada ciudadp. 59
- Tabla 4.6 Número de horas solar pico en cada ciudadp. 59
- Tabla 4.7 Energía generada por el panel solar en cada ciudadp. 60
- Tabla 4.8 Número de paneles solares necesario en cada ciudadp. 61
- Tabla 4.9 Número de baterías en serie para cada ciudadp. 63
- Tabla 4.10 Número de baterías en paralelo para cada escenariop. 64
- Tabla 4.11 Total de baterías para cada escenariop. 65
- Tabla 4.12 Corriente del controlador en cada escenariop. 67
- Tabla 4.13 Voltaje del controlador en cada escenariop. 67
- Tabla 4.14 Potencia de carga del inversor en escenariop. 68
- Tabla 4.15 Resumen valores para diseño de paneles solaresp. 68
- Tabla 5.1 Indicador técnico COP para cada ciudadp. 70
- Tabla 5.2 Inversión inicial en cada para cada una de las ciudadesp. 71
- Tabla 5.3 Gastos operativos anuales para cada cavap. 73
- Tabla 5.4 Análisis económico de cada ciudad para estratos 5p. 74
- Tabla 5.5 Análisis económico de cada ciudad para estrato 1p. 76