VIABILIDAD ENERGÉTICA, ECONÓMICA Y
AMBIENTAL DEL BOMBEO DE AGUA CON
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN LIMA,
PERÚ
ENERGY, ECONOMIC, AND ENVIRONMENTAL
FEASIBILITY OF WATER PUMPING USING PHOTOVOLTAIC
SOLAR ENERGY IN LIMA, PERU
Josué Eliezer Alata Rey
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
José Fernando Alva Yance
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
Alexis Enrique Rubio Valle
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
Francisco Javier Rojas Alejandro
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
pág. 3493
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i4.25369
Viabilidad energética, económica y ambiental del bombeo de agua con
energía solar fotovoltaica en Lima, Perú
Josué Eliezer Alata Rey1
josue@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0000-0003-1531-8516
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
José Fernando Alva Yance
jalva@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0009-0001-0806-0564
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
Alexis Enrique Rubio Valle
arubiov@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-4430-8694
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
Francisco Javier Rojas Alejandro
frojas@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0009-0007-0393-406X
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
RESUMEN
El presente estudio desarrolla el dimensionamiento y la evaluación técnico-económica de un sistema
de bombeo de agua alimentado con energía solar fotovoltaica, implementado como programa piloto en
la Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. El objetivo principal fue determinar la
factibilidad de sustituir sistemas de bombeo eléctrico convencional por una alternativa sostenible
basada en energía renovable. Para ello, se calculó la demanda hídrica, la altura manométrica total de
bombeo y el recurso solar disponible, seleccionándose un módulo fotovoltaico de 110 Wp, una bomba
superficial de corriente continua de 40 W y un regulador de carga de 10 A. Los resultados evidencian
que el sistema diseñado satisface una demanda diaria de 3 m³ de agua, con un periodo de retorno de
inversión de 3,5 años y una reducción estimada de 58,86 kg de CO₂ por año. Se concluye que el
bombeo fotovoltaico de baja potencia constituye una alternativa viable para aplicaciones
institucionales y rurales, al permitir la reducción de costos energéticos y de emisiones asociadas a la
generación eléctrica convencional. Asimismo, el estudio aporta una metodología replicable para
proyectos de eficiencia energética y sostenibilidad en el abastecimiento de agua.
Palabras clave: Energía solar fotovoltaica; Bombeo de agua; Dimensionamiento de sistemas;
Evaluación técnico-económica; Sostenibilidad ambiental
1 Autor principal
Correspondencia: josue@lamolina.edu.pe
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i4.25369
Viabilidad energética, económica y ambiental del bombeo de agua con
energía solar fotovoltaica en Lima, Perú
Josué Eliezer Alata Rey1
josue@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0000-0003-1531-8516
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
José Fernando Alva Yance
jalva@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0009-0001-0806-0564
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
Alexis Enrique Rubio Valle
arubiov@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-4430-8694
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
Francisco Javier Rojas Alejandro
frojas@lamolina.edu.pe
https://orcid.org/0009-0007-0393-406X
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima,
Perú.
RESUMEN
El presente estudio desarrolla el dimensionamiento y la evaluación técnico-económica de un sistema
de bombeo de agua alimentado con energía solar fotovoltaica, implementado como programa piloto en
la Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. El objetivo principal fue determinar la
factibilidad de sustituir sistemas de bombeo eléctrico convencional por una alternativa sostenible
basada en energía renovable. Para ello, se calculó la demanda hídrica, la altura manométrica total de
bombeo y el recurso solar disponible, seleccionándose un módulo fotovoltaico de 110 Wp, una bomba
superficial de corriente continua de 40 W y un regulador de carga de 10 A. Los resultados evidencian
que el sistema diseñado satisface una demanda diaria de 3 m³ de agua, con un periodo de retorno de
inversión de 3,5 años y una reducción estimada de 58,86 kg de CO₂ por año. Se concluye que el
bombeo fotovoltaico de baja potencia constituye una alternativa viable para aplicaciones
institucionales y rurales, al permitir la reducción de costos energéticos y de emisiones asociadas a la
generación eléctrica convencional. Asimismo, el estudio aporta una metodología replicable para
proyectos de eficiencia energética y sostenibilidad en el abastecimiento de agua.
Palabras clave: Energía solar fotovoltaica; Bombeo de agua; Dimensionamiento de sistemas;
Evaluación técnico-económica; Sostenibilidad ambiental
1 Autor principal
Correspondencia: josue@lamolina.edu.pe
pág. 3494
Energy, economic, and environmental feasibility of water pumping using
photovoltaic solar energy in Lima, Peru
ABSTRACT
This study presents the sizing and techno-economic evaluation of a water pumping system powered by
photovoltaic solar energy, implemented as a pilot program at Universidad Nacional Agraria La
Molina, Lima, Peru. The main objective was to determine the feasibility of replacing conventional
electric pumping systems with a sustainable renewable-energy-based alternative. Water demand, total
pumping head, and available solar resources were calculated, leading to the selection of a 110 Wp
photovoltaic module, a 40 W direct-current surface pump, and a 10 A charge controller. The results
show that the designed system meets a daily water demand of 3 m³, with a payback period of 3.5 years
and an estimated reduction of 58.86 kg of CO₂ per year. It is concluded that low-power photovoltaic
pumping is a viable alternative for institutional and rural applications, as it reduces energy costs and
emissions associated with conventional electricity generation. In addition, this study provides a
replicable methodology for energy efficiency and sustainability projects in water supply systems.
Keywords: Photovoltaic solar energy; Water pumping; System sizing; Techno-economic evaluation;
Environmental sustainability
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
Energy, economic, and environmental feasibility of water pumping using
photovoltaic solar energy in Lima, Peru
ABSTRACT
This study presents the sizing and techno-economic evaluation of a water pumping system powered by
photovoltaic solar energy, implemented as a pilot program at Universidad Nacional Agraria La
Molina, Lima, Peru. The main objective was to determine the feasibility of replacing conventional
electric pumping systems with a sustainable renewable-energy-based alternative. Water demand, total
pumping head, and available solar resources were calculated, leading to the selection of a 110 Wp
photovoltaic module, a 40 W direct-current surface pump, and a 10 A charge controller. The results
show that the designed system meets a daily water demand of 3 m³, with a payback period of 3.5 years
and an estimated reduction of 58.86 kg of CO₂ per year. It is concluded that low-power photovoltaic
pumping is a viable alternative for institutional and rural applications, as it reduces energy costs and
emissions associated with conventional electricity generation. In addition, this study provides a
replicable methodology for energy efficiency and sustainability projects in water supply systems.
Keywords: Photovoltaic solar energy; Water pumping; System sizing; Techno-economic evaluation;
Environmental sustainability
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
pág. 3495
INTRODUCCIÓN
El presente artículo analiza el bombeo de agua mediante sistemas alimentados con energía solar
fotovoltaica, tecnología que se ha consolidado como una alternativa eficiente, sostenible y
técnicamente viable frente a los sistemas convencionales dependientes de la red eléctrica o de
combustibles fósiles. Diversos estudios destacan su aplicabilidad en zonas rurales y aisladas, así como
su potencial para reducir costos operativos y emisiones asociadas al uso de fuentes energéticas
convencionales (Chandel et al., 2016)
El problema de investigación se sustenta en la alta dependencia energética de los sistemas de bombeo
convencionales empleados en instituciones públicas y zonas rurales del Perú, cuyo funcionamiento
basado en electricidad de la red o en combustibles fósiles genera costos operativos significativos y
contribuye al incremento de la huella de carbono. En este contexto, resulta pertinente evaluar la
viabilidad técnica, económica y ambiental de los sistemas de bombeo alimentados con energía solar
fotovoltaica, debido a su potencial para reducir el consumo de energía convencional, mejorar la
sostenibilidad del abastecimiento de agua y favorecer su aplicación en entornos institucionales y
rurales (Gevorkov et al., 2023).
La relevancia del estudio radica en la necesidad de diversificar las fuentes de energía y reducir la
demanda eléctrica en servicios de uso institucional, como los sistemas de abastecimiento de agua en
servicios higiénicos de universidades y entidades públicas. Asimismo, la transición hacia tecnologías
limpias contribuye al cumplimiento de los compromisos nacionales e internacionales en materia de
mitigación del cambio climático, en concordancia con los Objetivos de Desarrollo Sostenible,
especialmente el ODS 7, referido al acceso a energía asequible, segura, sostenible y moderna, y el
ODS 13, orientado a la acción climática [10]. El estudio se sustenta en los principios de la conversión
fotovoltaica y su aplicación en sistemas de bombeo de agua. El marco conceptual se apoya en los
aportes de Alonso Abella (2001), sobre diseño y dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas;
Cervantes Herrejón (2009), quien estudió criterios de rendimiento en sistemas de bombeo solar; y
Castro Gil (2003), quien analizó la eficiencia de sistemas de bombeo eólico y fotovoltaico. Los
conceptos centrales que estructuran esta investigación son irradiancia solar, eficiencia del conjunto
INTRODUCCIÓN
El presente artículo analiza el bombeo de agua mediante sistemas alimentados con energía solar
fotovoltaica, tecnología que se ha consolidado como una alternativa eficiente, sostenible y
técnicamente viable frente a los sistemas convencionales dependientes de la red eléctrica o de
combustibles fósiles. Diversos estudios destacan su aplicabilidad en zonas rurales y aisladas, así como
su potencial para reducir costos operativos y emisiones asociadas al uso de fuentes energéticas
convencionales (Chandel et al., 2016)
El problema de investigación se sustenta en la alta dependencia energética de los sistemas de bombeo
convencionales empleados en instituciones públicas y zonas rurales del Perú, cuyo funcionamiento
basado en electricidad de la red o en combustibles fósiles genera costos operativos significativos y
contribuye al incremento de la huella de carbono. En este contexto, resulta pertinente evaluar la
viabilidad técnica, económica y ambiental de los sistemas de bombeo alimentados con energía solar
fotovoltaica, debido a su potencial para reducir el consumo de energía convencional, mejorar la
sostenibilidad del abastecimiento de agua y favorecer su aplicación en entornos institucionales y
rurales (Gevorkov et al., 2023).
La relevancia del estudio radica en la necesidad de diversificar las fuentes de energía y reducir la
demanda eléctrica en servicios de uso institucional, como los sistemas de abastecimiento de agua en
servicios higiénicos de universidades y entidades públicas. Asimismo, la transición hacia tecnologías
limpias contribuye al cumplimiento de los compromisos nacionales e internacionales en materia de
mitigación del cambio climático, en concordancia con los Objetivos de Desarrollo Sostenible,
especialmente el ODS 7, referido al acceso a energía asequible, segura, sostenible y moderna, y el
ODS 13, orientado a la acción climática [10]. El estudio se sustenta en los principios de la conversión
fotovoltaica y su aplicación en sistemas de bombeo de agua. El marco conceptual se apoya en los
aportes de Alonso Abella (2001), sobre diseño y dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas;
Cervantes Herrejón (2009), quien estudió criterios de rendimiento en sistemas de bombeo solar; y
Castro Gil (2003), quien analizó la eficiencia de sistemas de bombeo eólico y fotovoltaico. Los
conceptos centrales que estructuran esta investigación son irradiancia solar, eficiencia del conjunto
pág. 3496
motor-bomba, rendimiento energético y periodo de retorno de inversión, variables fundamentales para
el análisis técnico y económico del sistema.
Entre los antecedentes relevantes, Cruz Baldán (2011) evaluó el ahorro energético mediante bombeo
solar y destacó su viabilidad en zonas agrícolas; Domínguez González (2012) diseñó un sistema
fotovoltaico para generación eléctrica en México; y Herrera (2006) determinó parámetros de
rendimiento en sistemas de riego fotovoltaico en el Perú. Sin embargo, son limitados los estudios que
documentan aplicaciones experimentales de baja potencia en instituciones educativas urbanas, lo que
evidencia una brecha científica y tecnológica. En ese sentido, el presente artículo aporta evidencia
experimental y una metodología replicable para el dimensionamiento y evaluación de sistemas de
bombeo solar fotovoltaico a pequeña escala, bajo condiciones reales de operación en Lima.
La investigación se desarrolla en el contexto urbano y climático de la Universidad Nacional Agraria
La Molina, ubicada en Lima, Perú, donde los niveles de radiación solar permiten evaluar el potencial
de los sistemas fotovoltaicos para el suministro de agua en servicios sanitarios. Este entorno constituye
un escenario adecuado para ensayar soluciones sostenibles de bajo costo, con posibilidades de
replicación en instituciones públicas y comunidades rurales del país.
Como hipótesis de trabajo, se plantea que la implementación de un sistema de bombeo fotovoltaico de
baja potencia es técnicamente viable, económicamente rentable y ambientalmente favorable en
comparación con un sistema de bombeo convencional. El objetivo general de la investigación es
diseñar, dimensionar y evaluar el rendimiento técnico y la viabilidad económica de un sistema de
bombeo solar fotovoltaico aplicado al abastecimiento de agua en la Universidad Nacional Agraria La
Molina. Los objetivos específicos son: determinar la demanda hídrica y las condiciones de operación
del sistema; dimensionar los componentes principales, como el módulo fotovoltaico, la bomba y el
regulador de carga; analizar la eficiencia energética y el periodo de retorno de inversión; y estimar los
beneficios ambientales derivados de la reducción de emisiones de CO₂.
1. METODOLOGÍA
El estudio adopta un enfoque cuantitativo, sustentado en la medición objetiva de variables técnicas,
energéticas y económicas asociadas al desempeño de un sistema de bombeo solar fotovoltaico. Se
emplearon procedimientos numéricos y experimentales para estimar la eficiencia del sistema, el caudal
motor-bomba, rendimiento energético y periodo de retorno de inversión, variables fundamentales para
el análisis técnico y económico del sistema.
Entre los antecedentes relevantes, Cruz Baldán (2011) evaluó el ahorro energético mediante bombeo
solar y destacó su viabilidad en zonas agrícolas; Domínguez González (2012) diseñó un sistema
fotovoltaico para generación eléctrica en México; y Herrera (2006) determinó parámetros de
rendimiento en sistemas de riego fotovoltaico en el Perú. Sin embargo, son limitados los estudios que
documentan aplicaciones experimentales de baja potencia en instituciones educativas urbanas, lo que
evidencia una brecha científica y tecnológica. En ese sentido, el presente artículo aporta evidencia
experimental y una metodología replicable para el dimensionamiento y evaluación de sistemas de
bombeo solar fotovoltaico a pequeña escala, bajo condiciones reales de operación en Lima.
La investigación se desarrolla en el contexto urbano y climático de la Universidad Nacional Agraria
La Molina, ubicada en Lima, Perú, donde los niveles de radiación solar permiten evaluar el potencial
de los sistemas fotovoltaicos para el suministro de agua en servicios sanitarios. Este entorno constituye
un escenario adecuado para ensayar soluciones sostenibles de bajo costo, con posibilidades de
replicación en instituciones públicas y comunidades rurales del país.
Como hipótesis de trabajo, se plantea que la implementación de un sistema de bombeo fotovoltaico de
baja potencia es técnicamente viable, económicamente rentable y ambientalmente favorable en
comparación con un sistema de bombeo convencional. El objetivo general de la investigación es
diseñar, dimensionar y evaluar el rendimiento técnico y la viabilidad económica de un sistema de
bombeo solar fotovoltaico aplicado al abastecimiento de agua en la Universidad Nacional Agraria La
Molina. Los objetivos específicos son: determinar la demanda hídrica y las condiciones de operación
del sistema; dimensionar los componentes principales, como el módulo fotovoltaico, la bomba y el
regulador de carga; analizar la eficiencia energética y el periodo de retorno de inversión; y estimar los
beneficios ambientales derivados de la reducción de emisiones de CO₂.
1. METODOLOGÍA
El estudio adopta un enfoque cuantitativo, sustentado en la medición objetiva de variables técnicas,
energéticas y económicas asociadas al desempeño de un sistema de bombeo solar fotovoltaico. Se
emplearon procedimientos numéricos y experimentales para estimar la eficiencia del sistema, el caudal
pág. 3497
bombeado, el consumo energético y el retorno económico. De manera complementaria, se realizó una
revisión documental de normas técnicas y estudios previos vinculados con el diseño,
dimensionamiento y operación de sistemas fotovoltaicos de bombeo.
La investigación es de tipo aplicada y descriptiva, debido a que busca validar la aplicación práctica de
principios teóricos de la energía solar fotovoltaica en un entorno real, describiendo el comportamiento
del sistema bajo condiciones climáticas específicas de Lima. Asimismo, presenta componentes
explicativos, al analizar la relación entre la irradiancia solar, la potencia suministrada por el módulo
fotovoltaico y el volumen de agua bombeado.
El diseño de investigación corresponde a un estudio experimental de campo, desarrollado como piloto
longitudinal de corta duración, ya que los datos fueron recolectados durante un periodo definido para
evaluar el desempeño del sistema instalado. El estudio se realizó en las instalaciones de la Universidad
Nacional Agraria La Molina, en el distrito de La Molina, Lima, Perú, a una altitud aproximada de 240
m s. n. m. y en las coordenadas 12,08° S y 76,95° O. El sistema fue aplicado como programa piloto en
los servicios higiénicos de un módulo educativo de la universidad.
La población de estudio estuvo conformada por los sistemas de bombeo de agua empleados en las
instalaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina. La muestra correspondió al sistema
seleccionado para el piloto: una instalación de bombeo de baja potencia destinada a abastecer un
consumo aproximado de 3 m³ de agua por día. La unidad de análisis fue el sistema de bombeo
fotovoltaico compuesto por módulo solar, bomba, regulador de carga y conductores eléctricos.
Las técnicas de recolección de datos incluyeron mediciones experimentales, observación estructurada
y registro de variables meteorológicas. Se utilizó un piranómetro digital para medir la irradiancia solar
directa y global, expresada en W/m²; un multímetro digital para registrar la tensión y la corriente del
módulo fotovoltaico y del sistema de bombeo; y un termómetro infrarrojo para determinar la
temperatura superficial del módulo. Además, se empleó una ficha de registro técnico elaborada por los
investigadores para consignar datos de caudal, tiempo de bombeo y rendimiento del sistema. Las
mediciones se realizaron entre las 10:00 y las 14:00 horas durante un día crítico del mes de julio,
considerado como uno de los periodos de menor irradiancia anual en Lima.
bombeado, el consumo energético y el retorno económico. De manera complementaria, se realizó una
revisión documental de normas técnicas y estudios previos vinculados con el diseño,
dimensionamiento y operación de sistemas fotovoltaicos de bombeo.
La investigación es de tipo aplicada y descriptiva, debido a que busca validar la aplicación práctica de
principios teóricos de la energía solar fotovoltaica en un entorno real, describiendo el comportamiento
del sistema bajo condiciones climáticas específicas de Lima. Asimismo, presenta componentes
explicativos, al analizar la relación entre la irradiancia solar, la potencia suministrada por el módulo
fotovoltaico y el volumen de agua bombeado.
El diseño de investigación corresponde a un estudio experimental de campo, desarrollado como piloto
longitudinal de corta duración, ya que los datos fueron recolectados durante un periodo definido para
evaluar el desempeño del sistema instalado. El estudio se realizó en las instalaciones de la Universidad
Nacional Agraria La Molina, en el distrito de La Molina, Lima, Perú, a una altitud aproximada de 240
m s. n. m. y en las coordenadas 12,08° S y 76,95° O. El sistema fue aplicado como programa piloto en
los servicios higiénicos de un módulo educativo de la universidad.
La población de estudio estuvo conformada por los sistemas de bombeo de agua empleados en las
instalaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina. La muestra correspondió al sistema
seleccionado para el piloto: una instalación de bombeo de baja potencia destinada a abastecer un
consumo aproximado de 3 m³ de agua por día. La unidad de análisis fue el sistema de bombeo
fotovoltaico compuesto por módulo solar, bomba, regulador de carga y conductores eléctricos.
Las técnicas de recolección de datos incluyeron mediciones experimentales, observación estructurada
y registro de variables meteorológicas. Se utilizó un piranómetro digital para medir la irradiancia solar
directa y global, expresada en W/m²; un multímetro digital para registrar la tensión y la corriente del
módulo fotovoltaico y del sistema de bombeo; y un termómetro infrarrojo para determinar la
temperatura superficial del módulo. Además, se empleó una ficha de registro técnico elaborada por los
investigadores para consignar datos de caudal, tiempo de bombeo y rendimiento del sistema. Las
mediciones se realizaron entre las 10:00 y las 14:00 horas durante un día crítico del mes de julio,
considerado como uno de los periodos de menor irradiancia anual en Lima.
pág. 3498
Los instrumentos y materiales de apoyo incluyeron un módulo fotovoltaico de 110 Wp, marca
ISOFOTON; una bomba superficial de corriente continua de 40 W, marca LORENTZ; un regulador
de carga de 10 A; cables eléctricos tipo THW de 2,5 mm² y 4 mm²; y tuberías de PVC de 25,4 mm de
diámetro. El diseño experimental consideró la evaluación integral del sistema, tomando en cuenta la
irradiancia solar, el caudal de bombeo y la energía entregada por el módulo fotovoltaico.
Respecto de las consideraciones éticas, el estudio no involucró experimentación con seres humanos ni
animales. Se respetaron los protocolos de seguridad eléctrica, así como las disposiciones del Código
Nacional de Electricidad y la Norma Técnica de Edificación EM.080, referida a instalaciones con
energía solar. Asimismo, se contó con autorización institucional para el uso de las instalaciones de la
Universidad Nacional Agraria La Molina y para la manipulación de los equipos fotovoltaicos
empleados en el piloto.
Los criterios de inclusión consideraron sistemas de bombeo existentes con operación eléctrica
convencional y disponibilidad de espacio para la instalación del módulo fotovoltaico. Se excluyeron
sistemas con bombas sumergibles de alta potencia o instalaciones sin acceso directo a la medición de
caudal, tensión y corriente.
Las principales limitaciones del estudio estuvieron asociadas a la variabilidad de las condiciones
meteorológicas durante la toma de datos, la ausencia de instrumentación automatizada para registrar
variables en tiempo real y la restricción de realizar mediciones durante un único periodo estacional.
No obstante, los resultados obtenidos son representativos para sistemas de bombeo fotovoltaico de
baja potencia operando bajo condiciones urbanas de Lima.
La metodología propuesta permite garantizar la replicabilidad del estudio y fortalecer su validez
interna y externa, al integrar procedimientos de cálculo, medición empírica y análisis económico bajo
condiciones controladas. De este modo, se proporciona un modelo transferible para la implementación
de sistemas similares en instituciones educativas y comunidades rurales.
2.1. Ubicación y contexto del estudio
La investigación se desarrolló en las instalaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina,
ubicada en Lima, Perú, a una latitud de 12°08′ S, longitud de 76°95′ O y altitud promedio de 240 m s.
n. m. El área de estudio presenta un clima árido subhúmedo, con disponibilidad de recurso solar
Los instrumentos y materiales de apoyo incluyeron un módulo fotovoltaico de 110 Wp, marca
ISOFOTON; una bomba superficial de corriente continua de 40 W, marca LORENTZ; un regulador
de carga de 10 A; cables eléctricos tipo THW de 2,5 mm² y 4 mm²; y tuberías de PVC de 25,4 mm de
diámetro. El diseño experimental consideró la evaluación integral del sistema, tomando en cuenta la
irradiancia solar, el caudal de bombeo y la energía entregada por el módulo fotovoltaico.
Respecto de las consideraciones éticas, el estudio no involucró experimentación con seres humanos ni
animales. Se respetaron los protocolos de seguridad eléctrica, así como las disposiciones del Código
Nacional de Electricidad y la Norma Técnica de Edificación EM.080, referida a instalaciones con
energía solar. Asimismo, se contó con autorización institucional para el uso de las instalaciones de la
Universidad Nacional Agraria La Molina y para la manipulación de los equipos fotovoltaicos
empleados en el piloto.
Los criterios de inclusión consideraron sistemas de bombeo existentes con operación eléctrica
convencional y disponibilidad de espacio para la instalación del módulo fotovoltaico. Se excluyeron
sistemas con bombas sumergibles de alta potencia o instalaciones sin acceso directo a la medición de
caudal, tensión y corriente.
Las principales limitaciones del estudio estuvieron asociadas a la variabilidad de las condiciones
meteorológicas durante la toma de datos, la ausencia de instrumentación automatizada para registrar
variables en tiempo real y la restricción de realizar mediciones durante un único periodo estacional.
No obstante, los resultados obtenidos son representativos para sistemas de bombeo fotovoltaico de
baja potencia operando bajo condiciones urbanas de Lima.
La metodología propuesta permite garantizar la replicabilidad del estudio y fortalecer su validez
interna y externa, al integrar procedimientos de cálculo, medición empírica y análisis económico bajo
condiciones controladas. De este modo, se proporciona un modelo transferible para la implementación
de sistemas similares en instituciones educativas y comunidades rurales.
2.1. Ubicación y contexto del estudio
La investigación se desarrolló en las instalaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina,
ubicada en Lima, Perú, a una latitud de 12°08′ S, longitud de 76°95′ O y altitud promedio de 240 m s.
n. m. El área de estudio presenta un clima árido subhúmedo, con disponibilidad de recurso solar
pág. 3499
suficiente para la operación de sistemas fotovoltaicos de baja potencia. Según información obtenida
mediante el simulador profesional PVSYST versión 8, la radiación solar media anual en la zona
alcanza valores favorables para aplicaciones de bombeo solar, lo que convierte al campus universitario
en un escenario adecuado para la evaluación experimental del sistema.
suficiente para la operación de sistemas fotovoltaicos de baja potencia. Según información obtenida
mediante el simulador profesional PVSYST versión 8, la radiación solar media anual en la zona
alcanza valores favorables para aplicaciones de bombeo solar, lo que convierte al campus universitario
en un escenario adecuado para la evaluación experimental del sistema.
pág. 3500
2.2. Procedimiento experimental
2.2.1. Determinación de la demanda hídrica
La demanda diaria de agua en los servicios higiénicos del área piloto se estimó considerando el
número de usuarios, la frecuencia de uso y el caudal promedio de los puntos de consumo. El volumen
total diario se calculó mediante la siguiente ecuación:
Vd = n × q × t [1]
Donde: Vd representa la demanda diaria de agua, expresada en L/día; n corresponde al número de
usuarios; q es el caudal medio de consumo por usuario, expresado en L/min; y t representa el tiempo
promedio de uso, expresado en min/usuario.
A partir de tablas de consumo de agua, se determinó una demanda de 3 m³/día, valor utilizado como
base para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico de bombeo.
2.2.2. Cálculo de la altura manométrica total de bombeo
La altura manométrica total considera la diferencia de elevación geométrica entre el punto de succión
y el punto de descarga, así como las pérdidas de carga generadas por fricción en tuberías y accesorios.
Para su cálculo se empleó la siguiente ecuación:
Ht = Hg + Hf [2]
Donde: Ht es la altura total de bombeo, expresada en metros; Hg corresponde a la altura geométrica,
expresada en metros; y Hf representa las pérdidas de carga, calculadas mediante el método de Darcy-
Weisbach.
El valor obtenido para la instalación experimental fue de 6 m, correspondiente a las condiciones reales
del sistema evaluado.
2.2.3. Cálculo de potencia mecánica requerida y dimensionamiento fotovoltaico
La potencia mecánica mínima requerida para el bombeo se determinó a partir de la siguiente ecuación:
Pm = ρ × g × Q × Ht / ηs [3]
Donde: ρ es la densidad del agua, equivalente a 1000 kg/m³; g es la aceleración de la gravedad,
equivalente a 9,81 m/s²; Q es el caudal, expresado en m³/s; Ht es la altura total de bombeo, expresada
en metros; y ηs corresponde a la eficiencia de la bomba.
2.2. Procedimiento experimental
2.2.1. Determinación de la demanda hídrica
La demanda diaria de agua en los servicios higiénicos del área piloto se estimó considerando el
número de usuarios, la frecuencia de uso y el caudal promedio de los puntos de consumo. El volumen
total diario se calculó mediante la siguiente ecuación:
Vd = n × q × t [1]
Donde: Vd representa la demanda diaria de agua, expresada en L/día; n corresponde al número de
usuarios; q es el caudal medio de consumo por usuario, expresado en L/min; y t representa el tiempo
promedio de uso, expresado en min/usuario.
A partir de tablas de consumo de agua, se determinó una demanda de 3 m³/día, valor utilizado como
base para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico de bombeo.
2.2.2. Cálculo de la altura manométrica total de bombeo
La altura manométrica total considera la diferencia de elevación geométrica entre el punto de succión
y el punto de descarga, así como las pérdidas de carga generadas por fricción en tuberías y accesorios.
Para su cálculo se empleó la siguiente ecuación:
Ht = Hg + Hf [2]
Donde: Ht es la altura total de bombeo, expresada en metros; Hg corresponde a la altura geométrica,
expresada en metros; y Hf representa las pérdidas de carga, calculadas mediante el método de Darcy-
Weisbach.
El valor obtenido para la instalación experimental fue de 6 m, correspondiente a las condiciones reales
del sistema evaluado.
2.2.3. Cálculo de potencia mecánica requerida y dimensionamiento fotovoltaico
La potencia mecánica mínima requerida para el bombeo se determinó a partir de la siguiente ecuación:
Pm = ρ × g × Q × Ht / ηs [3]
Donde: ρ es la densidad del agua, equivalente a 1000 kg/m³; g es la aceleración de la gravedad,
equivalente a 9,81 m/s²; Q es el caudal, expresado en m³/s; Ht es la altura total de bombeo, expresada
en metros; y ηs corresponde a la eficiencia de la bomba.
pág. 3501
El cálculo permitió estimar una potencia mecánica aproximada de 35 W, por lo que se seleccionó una
bomba de corriente continua de 40 W. Posteriormente, la potencia eléctrica requerida se ajustó
considerando la eficiencia del sistema mediante la siguiente expresión:
Pe = Pm / ηc [4]
Donde ηc representa la eficiencia combinada del regulador, estimada aproximadamente en 0,9.
2.2.4. Selección de los componentes del sistema
Con base en los cálculos realizados y en la información técnica de los fabricantes, se seleccionaron los
siguientes componentes: un módulo fotovoltaico de 110 Wp, una bomba superficial de 40 W a 12
VDC, un controlador de carga PWM de 10 A, tuberías de PVC de 25,4 mm y accesorios para una
longitud total aproximada de 10 m.
El sistema se configuró en corriente continua directa, con el propósito de minimizar las pérdidas por
conversión energética y mejorar la eficiencia global del sistema de bombeo.
2.3. Monitoreo y medición de parámetros
Con el fin de corroborar los valores de radiación solar obtenidos mediante el simulador PVSYST
versión 8, se realizaron mediciones experimentales de irradiancia solar, expresada en W/m², y de
temperatura superficial del módulo fotovoltaico. Asimismo, se registraron los parámetros eléctricos
del sistema, tales como tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito. Las mediciones se
efectuaron cada 10 minutos, entre las 10:00 y las 14:00 horas, durante un día del mes de julio,
empleando un piranómetro y multímetros digitales calibrados.
Adicionalmente, se realizaron mediciones en la electrobomba convencional con el propósito de
determinar el rendimiento del motor eléctrico. La eficiencia del motor se calculó mediante la siguiente
ecuación:
ηmotor = Peje / Pactiva [5]
Donde Peje corresponde a la potencia nominal indicada en la placa del motor, equivalente a 1 HP, y
Pactiva representa la potencia eléctrica absorbida por el motor monofásico, calculada mediante la
siguiente expresión:
Pactiva = V × I × cosφ [6]
Donde V es la tensión eléctrica, I es la corriente y cosφ corresponde al factor de potencia.
El cálculo permitió estimar una potencia mecánica aproximada de 35 W, por lo que se seleccionó una
bomba de corriente continua de 40 W. Posteriormente, la potencia eléctrica requerida se ajustó
considerando la eficiencia del sistema mediante la siguiente expresión:
Pe = Pm / ηc [4]
Donde ηc representa la eficiencia combinada del regulador, estimada aproximadamente en 0,9.
2.2.4. Selección de los componentes del sistema
Con base en los cálculos realizados y en la información técnica de los fabricantes, se seleccionaron los
siguientes componentes: un módulo fotovoltaico de 110 Wp, una bomba superficial de 40 W a 12
VDC, un controlador de carga PWM de 10 A, tuberías de PVC de 25,4 mm y accesorios para una
longitud total aproximada de 10 m.
El sistema se configuró en corriente continua directa, con el propósito de minimizar las pérdidas por
conversión energética y mejorar la eficiencia global del sistema de bombeo.
2.3. Monitoreo y medición de parámetros
Con el fin de corroborar los valores de radiación solar obtenidos mediante el simulador PVSYST
versión 8, se realizaron mediciones experimentales de irradiancia solar, expresada en W/m², y de
temperatura superficial del módulo fotovoltaico. Asimismo, se registraron los parámetros eléctricos
del sistema, tales como tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito. Las mediciones se
efectuaron cada 10 minutos, entre las 10:00 y las 14:00 horas, durante un día del mes de julio,
empleando un piranómetro y multímetros digitales calibrados.
Adicionalmente, se realizaron mediciones en la electrobomba convencional con el propósito de
determinar el rendimiento del motor eléctrico. La eficiencia del motor se calculó mediante la siguiente
ecuación:
ηmotor = Peje / Pactiva [5]
Donde Peje corresponde a la potencia nominal indicada en la placa del motor, equivalente a 1 HP, y
Pactiva representa la potencia eléctrica absorbida por el motor monofásico, calculada mediante la
siguiente expresión:
Pactiva = V × I × cosφ [6]
Donde V es la tensión eléctrica, I es la corriente y cosφ corresponde al factor de potencia.
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