energia solar termica en chile - pedro sarmiento

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SEMINARIO ENERGIA SOLAR TERMICA EN CHILE PASADO, PRESENTE Y FUTURO NODO SOLAR 2009 CDT- CChC Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. Universidad T. F. Santa María 19 de Marzo 2009

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Page 1: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SEMINARIO

ENERGIA SOLAR TERMICA EN CHILEPASADO, PRESENTE Y FUTURO

NODO SOLAR 2009CDT- CChC

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M.Universidad T. F. Santa María 19 de Marzo 2009

Page 2: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

OBJETIVOS

� Dar a conocer las posibilidades de aplicación de la energía solar y la evolución de la energía solar térmica en evolución de la energía solar térmica en el país.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 3: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CONTENIDO

– Antecedentes históricos de la Energía Solar.

– Requisitos para el éxito de los proyectos solares.

– Perspectivas de desarrollo.

– Incentivos.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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RADIACION SOLAR EN CHILE

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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CONSUMO DE ENERGIA EN CHILE

� CONSUMO DE ENERGIA POR SECTORES

� AÑO: 2007 � (COMISION NACIONAL DE ENERGÍA)

%� COMERCIAL Y RESIDENCIAL 25,7 � INDUSTRIAL Y MINERO 38,3� TRASPORTE 35,9

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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APLICACIONES DE LA ENERGIA SOLAR

SISTEMA CARACTERISTICAS APLICACION

Colectores planos Bajas temperaturas.Tecnología simple.

Calentamiento de agua viviendas y piscinas.Industria.

Colectores concentradores

Altas temperaturas.Alto costo y tecnología.

Hornos solares, plantas de fuerza.

Celdas fotovoltaicas Alto costo y tecnología.

Satélites, rurales y comunicaciones.

Helioarquitectura

Arquitectura bioclimática

Diseño arquitectónico y trabajo interdisciplinario.

Calefacción, ventilación y enfriamiento.

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Page 7: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

COLECTORES CONCENTRADORESPLANTA DE FUERZA SOLAR DE 10 (MWe) EN BARSTOW, USA

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 8: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

PLANTA DE FUERZA SOLAR DE 10 (MWe) EN BARSTOW, USA

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 9: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

1818 HELIOSTATOS72.500 (m2)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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PLANTA DE FUERZA DE 80 (MW)COLECTORES PARABOLICOSCALIFORNIA, USA.

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Page 11: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

COLECTORES CONCENTRADORES HORNO SOLAR DE ODEILLO, FRANCIA (1967)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 12: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CELDAS FOTOVOLTAICAS

� RENDIMIENTO : ALREDEDOR 15 %� ALTO COSTO.� ALTO COSTO.� APLICACIONES :

EspacialesRurales

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 13: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CELDAS FOTOVOLTAICAS INTEGRALES A EDIFICIO

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Page 14: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

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CELDAS FOTOVOLTAICASAplicación en carreteras

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CELDAS FOTOVOLTAICASAplicación espacial

Page 17: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CARACTERISTICAS DE PLANTAS GENERADORAS DE ELECTRICIDAD

COSTO DE

� INVERSION OPERACIÓN GENERACION� (US$/kW) (US$c/kW-h) (US$c/kW-h)� 1980 1995� TIPO DE PLANTATIPO DE PLANTA� FOTOVOLTAICA 20000 - 30000 - 100 – 300 10-20� SOLAR TERMICA 1500 - 2000 - 23 10�

� NUCLEAR 5,1� HIDRAULICA 1200 - 1400 1,0 2,4� TERMICA� C. FOSIL 500 - 800 0,4 2,4

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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ARQUITECTURA SOLAR

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 19: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CENTRO DE DIFUSION AMBIENTALLICEO MUNICIPAL POLIVALENTE

Conama Metropolitana, Fondo Protección Ambiental, Fundacion CAS2008

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 20: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ALGUNOS ANTECEDENTES INTERNACIONALES SOBRE USO DE LA ENERGIA SOLAR

� Proyecto SOLINFO(Comunidad Europea), recursos Escuelas arquitectura.

� Proyecto REMMA(Residencial Energy Management), Cataluña, Francia y Portugal.

� Programa WSSP(World Solar Summit Process) , UNESCO.� Programa ALURE, Asociación Latinoamericana Uso Racional Energía.� Programa ALURE, Asociación Latinoamericana Uso Racional Energía.� Programa SOL sobre conservación energía en edificaciones en

Suecia.� Regulación sobre subvención para instalaciones solares, según Art.13,

Ley 82, en España desde 1980.� Ordenanza de Barcelona desde 2000 que obliga a utilización de

instalaciones solares para satisfacer como mínimo el 60 % del agua sanitaria, sea viviendas (sobre 14), piscinas, hospitales, escuelas hoteles o supermercados. Multa hasta 3 millones de euros.

� 35 Municipalidades españolas han seguido esta legislación.Prof. Ing. Pedro Sarmiento M.

UTFSM

Page 21: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ANTECEDENTES NACIONALES SOBRE USO RACIONAL DE LA ENERGIA Y DE LA ENERGIASOLAR

� Programa incentivo al Acondicionamiento Térmico, I. Municipalidad de la Florida, 1992-1993.

� Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, Modificación Ordenanza General, 1ª Etapa Reglamentación Térmica, 1999. 2ª Etapa,2005

� MINVU, en estudio 3ª Etapa Reglamentación Térmica.� Colegio de Arquitectos, Santiago, Seminario sobre Aplicaciones de la

Energía Solar en Arquitectura, 1983, 1985 , 2008 y 2009.� Programa de electrificación rural , 1990 , CNE� Programa de electrificación rural , 1990 , CNE� Comisión Nacional de Energía e Instituto Catalán de Energía,

Seminario sobre Eficiencia Energética en Edificios, 1995.� Programa País Eficiencia Energética (MINECOM,2005)� Plan Nacional de Fomento al Uso de Colectores Solares (CNE,2006)� Proyecto Ley 2008 de Ejecutivo sobre Franquicia Tributaria para

instalación colectores solares en nuevas construcciones.100 % franquicia para viviendas has 2000 UF.

Page 22: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

FUNCIONAMIENTO DELCOLECTOR SOLAR PLANO

Page 23: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

FUNCIONAMIENTO DELCOLECTOR SOLAR EVACUADO

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 24: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TABLA DE U DE PÉRDIDAS APROXIMADASSEGÚN TIPO DE COLECTOR

Tipo de colector U de pérdidas(W/m2 ºC)

Sin cubierta 15 – 25Sin cubierta 15 – 25Una cubierta 7Doble cubierta 5Superficie selectiva 5Tubos de vacío 2

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Page 25: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CURVAS CARACTERISTICAS DE COLECTORES

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 26: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TIPOS DE COLECTORES

Page 27: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TIPOS DE ALETAS

Page 28: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TIPOS DE SERPENTINES

Page 29: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CANCHA DE COLECTORES

Page 30: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ESTANQUE ACUMULADOR

Page 31: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ESTANQUE ACUMULADOR HORIZONTAL (8500 litros)

Page 32: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMA DIRECTO

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 33: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMA INDIRECTO

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 34: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMAS DE CIRCULACION NATURAL (a presión de red)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 35: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMAS DE CIRCULACION NATURAL (presión de atmosférica)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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Intercambiadores Calor

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INSTALACIÓN TIPICA DE TEMPERADO DE PISCINA

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COLECTORES SIN CUBIERTASAUSALITO

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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COLECTORES PLANOSTEMPERADO DE PISCINA RESIDENCIAL EN VIÑA DEL MAR

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 40: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Colectores con cubierta de vidrio

Justificable para piscinas:

� Termales (sobre 30 ºC)� Termales (sobre 30 ºC)� Lugar con mucho viento� Escasa área disponible

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Page 41: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

COLECTORES CON CUBIERTA SAUSALITO

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 42: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMAS ANTICONGELAMIENTO

� Válvulas anticongelante

� Sensor de circulación

� Drenado

� Intercambiador de calor

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 43: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ASOCIACIO�ES

ACHESA

Asociacion Chilena de Energía Solar AplicadaFundada el 31 Agosto 1963 – 1980 ? Miembros Fundadores:Universidades de Chile, de Concepción, Técnica Federico

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Universidades de Chile, de Concepción, Técnica Federico Santa María, Técnica del Estado y del Norte.Empresas ENDESA, SOMELA e IMPLATEC. Oficina Meteorológica, Fuerza Aérea

ACESOL

Asociacion Chilena de Energía Solar2007

Page 44: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CO�GRESOS Y SEMI�ARIOS

Primer Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1979 - Universidad Católica - Santiago

Segundo Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1981 – Universidad del Norte – Antofagasta

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

1981 – Universidad del Norte – Antofagasta

Tercer Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1982 – Universidad T.F. Santa María - Valparaíso

Cuarto Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1984 – Universidad de Concepción

Page 45: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Quinto Congreso Latinoamericano de Energía Solar1986 - Valparaíso

Quinto Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1988 - Universidad de Chile – Santiago

Sexto Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Sexto Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1990 - Universidad de la Serena

Séptimo Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1992 - Universidad de Playa Ancha - Valparaíso

Page 46: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Octavo Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1994 – Arica

Noveno Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1996 – Antofagasta

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Décimo Seminario Nacional de Energía Solar y Eólica 1998 - Punta Arenas

Page 47: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

ALGUNOS PROYECTOS E INSTALACIONES SOLARES TERMICAS, DEL PASADO Y PRESENTE EN CHILE

PRESENTACIÓN INCOMPLETAARBITRARIA

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 48: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

DESTILADOR SOLAR (5000 m2)Ingeniero Sueco Charles Wilson, Las Salinas, Antofagasta, 1872-1914, ChileProducción de 21500 litros/día

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 49: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Pozas solares, actual Soquimich 1880-actualidad

� Pozas solares de evaporación (más de 10) , de 44.000 m2 cada una.

� Evapora 236.000 litros diarios cada una.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 50: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Dr. Charles AbbotSmithsonian Institute� 1900 – 1930 aproximadamente.

� Registro de radiación y análisis espectral.

� Determinación de la constante solar.

� Localidad : Moctezuma, cerca de Calama.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 51: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

IDIEM - U de Chile (1958)

� Cocinas solares.� Desalinización de agua por

congelamiento.congelamiento.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 52: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. JULIO HIRSCMANN Crea Laboratorio de Energía Solar en

UTFSM y Archivo Nacional de datos solarimétricos. (1960)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 53: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Laboratorio de Energía Solar Departamento de Mecánica , UTFSM

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 54: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Laboratorio de Energía Solar Departamento de Mecánica , UTFSM

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 55: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Laboratorio de Energía Solar Departamento de Mecánica , UTFSM

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 56: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Cursos de cocinas solares en Escuela de Verano, 1964

Universidad T.F. SantaMaría

Page 57: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

U de Chile, U del Norte, U de Concepción (~1964)

� Diseño de colectores solares.� Ensayos de colectores solares.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 58: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Sistema termosifón en Valparaíso(1965)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 59: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

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Planta destiladora de 100 [m2] funcionando en Quillagua,

desierto de Atacama, 1966

Page 60: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

EmpresasLista incompleta:

SOMELA (1967 – 1970) , Antofagasta

INDUGAS (1980 - ) , Zona central

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

INDUGAS (1980 - ) , Zona central

AISLAPOL (1980 - ) , Zona central

Calder, Intecsolar, Madeco, Mirosolar, Solarco, Solar3.

Page 61: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Celdas fotovoltaicas en Baquedano, Provincia de

Antofagasta, 1969

Page 62: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 63: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Algunos proyectos (1980-1990)(Fuente:Prof.Roberto Román)

� Agua sanitaria Hotel de Copiapó.� Calefacción Hospital de Combarbalá.� Agua sanitaria Cárcel de Colina.� Agua sanitaria Cárcel de Colina.� Colegios varios en Santiago.� Casa solar con muro Trombe, en La Ola

(El Salvador).� Cocinas solares en Villaseca.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 64: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Colector solar de la planta deshidratadora en la

Escuela Agrícola de Curimón (1983)

Page 65: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Cámara de secado de planta deshidratadora en la

Escuela Agrícola de Curimón

Page 66: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Calentamiento de agua para cocinaESCUELA AGRICOLA DE CURIMON 1985

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 67: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

COLECTORES PLANOS (100 m2)INSTALACION PARA DUCHAS Y COCINA DE CLUB DE CAMPO DE SANTIAGO (1985).

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 68: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

INSTALACION TIPICA EN VIVIENDAS VIÑA DEL MAR (1990)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 69: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SISTEMA ACUMULADOR DE 400 (lt) Escuela de San Pedro de Atacama, 1993.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM 2009

Page 70: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Instalación Viña Gracia de CORPORA215 m2 colectores evacuados (2007)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 71: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Instalación Edificio Al Ras21 conjuntos de colectores evacuados (2007)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 72: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CENTRO DE DIFUSION AMBIENTALLICEO MUNICIPAL POLIVALENTE

Conama Metropolitana, Fondo Protección Ambiental, Fundacion CAS2008

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 73: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

CONDICIONES DE PROYECTO EXITOSO

� Ingeniería : DimensionamientoSistema de controlPiping y acumulaciónPiping y acumulaciónProtección contra heladas

� Componentes de calidad� Instalador competente� Servicio postventa (mínimo si se

cumplen requisitos anteriores)Prof. Ing. Pedro Sarmiento M.

UTFSM

Page 74: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

SITUACION ACTUAL ENERGIA SOLAR � Chile país privilegiado por radiación solar y clima

benigno.� Necesidades a satisfacer de agua sanitaria y

calefacción es fracción importante de demanda de calefacción es fracción importante de demanda de energía.

� Tecnología solar simple y disponible.� Razonable concentrar esfuerzos en colectores

planos y arquitectura..� Conveniente difusión y política de estado

apropiada.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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TECNOLOGÍAS DISPONIBLE

� Colectores planos para calentamiento de agua (con y sin superficies selectivas)selectivas)

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 76: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TECNOLOGÍAS DISPONIBLE

� Colectores evacuados

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 77: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TECNOLOGÍAS DISPONIBLE

� Colectores acumuladores

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 78: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

TECNOLOGÍAS DISPONIBLE

� Colectores para calentamiento de aire

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Page 79: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Software de dimensionamientopronto disponible por USM

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

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Datos de entrada del proyecto

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 81: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Resultados del dimensionamientodel proyecto

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Page 82: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Comportamiento mensual del proyecto

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Page 83: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Factor solar óptimo

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 84: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Demanda de energía y aporte solar mensual

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 85: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

REFERENCIAS

Sarmiento Pedro (2008). Energía Solar, Aplicaciones e Ingeniería. 4ª Edición,

Ediciones Universitarias de Valparaíso.www.euvsa.cl

Duffie & Beckman (2000). Solar EnergyThermal Processes. John Wiley & Sons,USA

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

Page 86: Energia Solar Termica en Chile - Pedro Sarmiento

Sarmiento Pedro (2007). Energía Solar en Arquitectura y Construcción. 1ª Edición,RIL Editores.www.rileditores.com

CNE,PNUD, UTFSM (2008) . Irradiancia solar en territorios de la República de Chile.

Prof. Ing. Pedro Sarmiento M. UTFSM

en territorios de la República de Chile.Disponible en :www.labsolar.utfsm.cl