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Creación de prototipo de captación y potabilización de agua lluvia usando energía fotovoltaica para su consumo en UTS Barrancabermeja 2025.

dc.rights.licenserestringidoes_ES
dc.contributor.advisorSánchez, Waldo David
dc.contributor.authorVergara Pacheco, Andrés Felipe
dc.contributor.otherSanabria Quintero, Henry Andrés
dc.coverage.spatialBarrancabermeja, Colombia.es_ES
dc.date.accessioned2025-06-25T22:12:52Z
dc.date.available2025-06-25T22:12:52Z
dc.identifier.urihttp://repositorio.uts.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/20225
dc.descriptionFuentes Alternativas de Generación Fuentes Convencionales de Generación Combustibles y Biocombustibles Eficiencia Energéticaes_ES
dc.description.abstractEl propósito de este proyecto es desarrollar un prototipo virtual que funcione como un banco de entrenamiento para el proceso de captación y potabilización de agua lluvia, utilizando energía solar fotovoltaica, en la UTS Barrancabermeja. Primeramente, se diseñará el sistema en Onshape para evaluar su viabilidad técnica. Luego, se procederá a la creación virtual del mismo y a la realización de prácticas de laboratorio. Este banco servirá como una herramienta de aprendizaje en el laboratorio de energías alternativas, facilitando la formación en tecnologías sostenibles. La metodología empleada es descriptiva, abarcando el diseño, desarrollo y análisis del prototipo.es_ES
dc.description.sponsorshipUnidades Tecnologicas de Santanderes_ES
dc.description.tableofcontentsTABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO 6 1. LISTA DE FIGURAS 13 2. LISTA DE TABLAS 16 RESUMEN EJECUTIVO 17 INTRODUCCIÓN 19 1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 20 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 20 1.2. JUSTIFICACIÓN 21 1.3. OBJETIVOS 22 1.3.1. OBJETIVO GENERAL 22 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 22 1.4. ESTADO DEL ARTE 23 2. MARCO REFERENCIAL 29 2.1. MARCO CONCEPTUAL 29 2.1.1. CAPTACIÓN DE AGUA LLUVIA 29 2.1.2. POTABILIZACIÓN DE AGUA 29 2.1.3. ENERGÍA FOTOVOLTAICA 30 2.1.4. SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL 30 2.1.5. EFICIENCIA ENERGÉTICA 31 2.2. MARCO LEGAL 32 2.2.1. DECRETO 1541 DE 1978 32 2.2.2. REGLAMENTO TÉCNICO PARA EL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO (RAS) 32 2.2.3. LINEAMIENTOS PARA EL USO DE AGUA LLUVIA 32 2.2.4. LEY 1715 DE 2014 32 2.2.5. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 2050 33 2.2.6. PROCEDIMIENTOS DE LEGALIZACIÓN 33 2.3. MARCO TEÓRICO 34 2.3.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA 34 2.3.2. BASES TEÓRICAS 34 2.3.2.1. CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN DE AGUA LLUVIA 34 2.3.2.2. PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA: PH 35 2.3.2.3. MEDICIÓN DEL PH DEL AGUA 35 2.3.2.3.1. MÉTODOS PARA MEDIR EL PH DEL AGUA: 35 2.3.2.3.2. IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DEL PH: 36 2.3.2.4. MÉTODOS DE POTABILIZACIÓN DEL AGUA 37 2.3.2.5. EXPERIMENTO: VELOCIDAD DE DESTILACIÓN DE 1 LITRO DE AGUA A 100 °C 38 2.3.2.6. ENERGÍA FOTOVOLTAICA APLICADA AL TRATAMIENTO DE AGUA 39 2.3.3. TECNOLOGÍAS EXISTENTES 39 2.4. MARCO AMBIENTAL 40 3. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 42 3.1. TÉCNICAS 42 4. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO 44 4.1. CÁLCULOS Y BALANCE TERMODINÁMICO PARA EL SISTEMA DE CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN DE AGUA LLUVIA 44 4.1.1. ESTADO INICIAL: AGUA LLUVIA RECOLECTADA 44 4.1.2. CALENTAMIENTO DESDE 24 °C HASTA 100 °C (ESTADO PREVIO A EBULLICIÓN) 45 4.1.3. VAPORIZACIÓN DEL AGUA A 100 °C 46 4.1.4. ENERGÍA TOTAL IDEAL REQUERIDA PARA EL PROCESO TÉRMICO COMPLETO 46 4.1.5. AJUSTE POR EFICIENCIA TÉRMICA REAL 47 4.1.6. CONVERSIÓN A KILOVATIOS-HORA (KWH) 47 4.1.7. CONDENSACIÓN DEL VAPOR Y RECUPERACIÓN DE AGUA 47 4.1.8. TEMPERATURAS ESPERADAS POR ETAPA DEL CICLO 48 4.1.9. APLICACIÓN PRÁCTICA DE LOS DATOS TERMODINÁMICOS 49 4.2. BALANCE TÉRMICO EN EL CONDENSADOR DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN 49 4.2.1. CALOR QUE DEBE DISIPAR EL CONDENSADOR POR CICLO 50 4.2.2. TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA 50 4.2.3. MÉTODO DE CONDENSACIÓN SUGERIDO 51 4.2.4. SUPERFICIE DE INTERCAMBIO ESTIMADA 52 4.3. CÁLCULO DEL VOLUMEN ÚTIL DE LOS TANQUES POR ETAPA DEL SISTEMA 53 4.3.1. TANQUE DE CAPTACIÓN DE AGUA LLUVIA 54 4.3.2. TANQUE DE CALENTAMIENTO / VAPORIZACIÓN 54 4.3.3. TANQUE DE CONDENSACIÓN (RECOLECTOR DE AGUA PURIFICADA) 55 4.3.4. TANQUE DE FILTRACIÓN FÍSICA (GRAVA, ARENA, CARBÓN ACTIVADO) 56 4.3.5. TANQUE DE CLORACIÓN / DESINFECCIÓN QUÍMICA 56 4.3.6. TANQUE ELEVADO DE DISTRIBUCIÓN 57 4.3.7. TABLA RESUMEN DE VOLÚMENES Y CARACTERÍSTICAS 58 4.4. CÁLCULO DEL TIEMPO DE LLENADO Y USO DEL SISTEMA POR ETAPA 58 4.4.1. TIEMPO DE LLENADO DEL TANQUE DE CAPTACIÓN (POR PRECIPITACIÓN) 59 4.4.2. TIEMPO DE CALENTAMIENTO Y VAPORIZACIÓN 59 4.4.3. TIEMPO ESTIMADO PARA LA CONDENSACIÓN 59 4.4.4. TIEMPO REQUERIDO PARA LA FILTRACIÓN FÍSICA 60 4.4.5. TIEMPO MÍNIMO DE CONTACTO EN LA ETAPA DE CLORACIÓN 60 4.4.6. TIEMPO ESTIMADO DE VACIADO POR GRAVEDAD DESDE EL TANQUE ELEVADO 61 4.5. ESTIMACIÓN DE CAUDALES POR ETAPA Y SELECCIÓN DE TUBERÍA PARA EL SISTEMA DE CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN 61 4.5.1. FUNDAMENTO TÉCNICO 61 4.5.2. ESTIMACIÓN DE CAUDALES POR ETAPA 62 4.5.3. SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE TUBERÍA 63 4.5.4. CONSIDERACIONES POR TRAMO DEL SISTEMA 63 4.6. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA EL PROTOTIPO DE CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN DE AGUA LLUVIA 64 4.6.1. DEMANDA ENERGÉTICA DIARIA ESTIMADA 65 4.6.2. RADIACIÓN SOLAR DISPONIBLE 65 4.6.3. CÁLCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA DEL CAMPO FOTOVOLTAICO 65 4.6.4. SELECCIÓN DE PANELES SOLARES 66 4.6.5. SELECCIÓN DEL CONTROLADOR DE CARGA 66 4.6.6. BANCO DE BATERÍAS (AUTONOMÍA DE 1 DÍA) 67 4.6.7. INVERSOR (OPCIONAL, SI SE USAN CARGAS EN CA) 68 4.6.8. RESUMEN DEL DIMENSIONAMIENTO 68 4.7. TABLA GENERAL DE COMPONENTES DEL SISTEMA 69 4.8. SELECCIÓN DE COMPONENTES ADECUADOS 70 4.8.1. PANEL SOLAR 70 4.8.2. CONTROLADOR DE CARGA MPPT 72 4.8.3. CONVERSIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE INVERSOR DE ONDA SINUSOIDAL PURA 75 4.8.4. TANQUE DE FILTRACIÓN POR CAPAS 78 4.8.5. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA MEDIANTE BANCO DE BATERÍAS VRLA GEL 80 4.8.6. TANQUE DE CLORACIÓN 82 4.8.7. DESINFECCIÓN QUÍMICA MEDIANTE PASTILLAS DE CLORO 84 4.8.8. CALENTAMIENTO DE AGUA MEDIANTE RESISTENCIA TÉRMICA DE 2000 W 86 4.8.9. CONDENSACIÓN TÉRMICA MEDIANTE SERPENTÍN DE ACERO INOXIDABLE 88 4.8.10. CAPTACIÓN DE AGUA LLUVIA MEDIANTE TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE ALTA RESISTENCIA 91 4.8.11. VAPORIZACIÓN TÉRMICA MEDIANTE TANQUE EN ACERO INOXIDABLE 94 4.8.12. RECOLECCIÓN DE AGUA PURIFICADA MEDIANTE TANQUE DE CONDENSADO 96 4.8.13. DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD MEDIANTE TANQUE ELEVADO DE 30 LITROS 99 4.8.14. CONDUCCIÓN HIDRÁULICA MEDIANTE TUBERÍA DE PVC PARA PRESIÓN 101 4.9. SELECCIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS, SENSORES, MEDIDORES Y VÁLVULAS. 103 4.9.1. SENSOR DE NIVEL DE AGUA DE ACERO INOXIDABLE 103 4.9.2. CONTROL AUTOMÁTICO DEL FLUJO MEDIANTE ELECTROVÁLVULA NPT 1/2” – 120 V AC 106 4.9.3. BOMBA ELÉCTRICA PRETUL BOAP-1/2P3 109 4.9.4. MONITOREO Y CONTROL DE PRESIÓN MEDIANTE VÁLVULA REGULADORA CON MANÓMETRO 1/2” 112 4.9.5. CONTROL MANUAL DE FLUJO MEDIANTE VÁLVULA DE BOLA PESADA 1/2” PEGLER 114 4.9.6. MEDICIÓN TÉRMICA MEDIANTE TERMÓMETRO DE TUBERÍA TIPO ESFERA 0–120 °C 116 4.9.7. DOSIFICACIÓN AUTOMÁTICA DE CLORO Y ANTISARRO MEDIANTE DOSIFICADORES FLOTANTES 119 4.9.8. PROTECCIÓN DE CIRCUITOS MEDIANTE FUSIBLES ELÉCTRICOS DE ACCIÓN RÁPIDA Y LENTA 121 4.9.9. PROTECCIÓN GENERAL DEL SISTEMA MEDIANTE INTERRUPTOR TERMOMAGNÉTICO 1P 50 A 126 4.9.10. DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA CENTRALIZADA MEDIANTE TABLERO BIFÁSICO HOMELINE VTQ-M 128 4.9.11. CONTROL AUTOMÁTICO DE IMPULSIÓN MEDIANTE DRIVER DE BOMBA DE AGUA 110 V 131 4.9.12. CONTROL LÓGICO CENTRALIZADO MEDIANTE MICROCONTROLADOR ARDUINO UNO R4 MÍNIMA 133 4.9.13. PROTECCIÓN DIFERENCIAL AVANZADA MEDIANTE RELÉ CHINT RDC-3B TIPO B 136 4.9.14. PROTECCIÓN DIFERENCIAL CLASE A MEDIANTE RELÉ ELECTRÓNICO RDA 138 4.9.15. CONEXIÓN A TIERRA PORTÁTIL 140 4.10. DISEÑO DE PIEZAS EN ONSHAPE 143 4.11. DIAGRAMA DEL SISTEMA 150 4.11.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO HIDRÁULICO 150 4.11.2. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO ELÉCTRICO 157 4.12. DESARROLLO Y VALIDACIÓN MEDIANTE SIMULADOR DEL SISTEMA DE POTABILIZACIÓN 164 4.12.1. CONSTRUCCIÓN DIGITAL DEL PROTOTIPO 165 5. RESULTADOS 185 5.1. RESULTADOS POR PRÁCTICA DEL SIMULADOR 185 5.1.1. PRÁCTICA 1: BALANCE ENERGÉTICO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO 185 5.1.2. PRÁCTICA 2: SIMULACIÓN DE CAPTACIÓN DE AGUA LLUVIA 186 5.1.3. PRÁCTICA 3: FILTRADO MULTICAPA 186 5.1.4. PRÁCTICA 4: SIMULACIÓN DE CALDERA 186 5.1.5. PRÁCTICA 5: INTERCAMBIADOR DE CALOR 187 5.2. RESULTADOS GENERALES DEL PROYECTO 187 5.3. ANÁLISIS FINAL 188 6. CONCLUSIONES 190 7. RECOMENDACIONES 192 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 194 9. ANEXOS 203 9.1. ANEXO A ESTRUCTURA PRINCIPAL DEL BANCO. 203 9.2. ANEXO B. TANQUE DE ALMACENAMIENTO 204 9.3. ANEXO C. FILTRO DE AGUA 205 9.4. ANEXO D. TUBERÍA DE CONDENSACIÓN 207 9.5. ANEXO E. ELECTROVÁLVULA 208 9.6. ANEXO F. BOMBA DE AGUA 211 9.7. ANEXO G. DOSIFICADOR DE CLORO 213 9.8. ANEXO H. CONO RECOLECTOR 214 9.9. ANEXO I. RESISTENCIA CALENTADORA 215es_ES
dc.language.isoeses_ES
dc.publisherUnidades Tecnologicas de Santanderes_ES
dc.subjectPotabilización, Energía solar, Agua lluvia, Prototipo, Sostenibilidades_ES
dc.titleCreación de prototipo de captación y potabilización de agua lluvia usando energía fotovoltaica para su consumo en UTS Barrancabermeja 2025.es_ES
dc.typedegree workes_ES
dc.rights.holderUnidades Tecnologicas de Santanderes_ES
dc.date.emitido2025-06-06
dc.dependenciafcnies_ES
dc.proceso.procesoutsinvestigaciones_ES
dc.type.modalidadproyecto_de_investigaciónes_ES
dc.format.formatopdfes_ES
dc.titulogTecnología en Gestión de Recursos Energéticoses_ES
dc.educationleveltecnologoes_ES
dc.contibutor.evaluatorevaluadores_ES
dc.date.aprobacion2025-06-06
dc.description.programaacademicoIngeniería en Energíases_ES
dc.dependencia.regionbarrancaes_ES


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