MODELADO Y EVALUACIÓN DEL
ENFRIAMIENTO RADIATIVO PASIVO
DIURNO BAJO CONDICIONES
BAROMÉTRICAS DE ALTURA:
OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS
ENERGÉTICOS EN LA PAZ

MODELING AND EVALUATION OF PASSIVE DAYTIME

RADIATIVE COOLING UNDER HIGH
-ALTITUDE
BAROMETRIC CONDITIONS: OPTIMIZATION OF ENERGY

SYSTEMS IN LA PAZ

Ruben Yahuita Mattos

Carrera de Ingeniería Mecánica y Electromecánica

Bonifacio Gerardo Copa Quispe

Carrera de Ingeniería Mecánica y Electromecánica

Jaime Eduardo Sánchez Guzmán

Carrera de Ingeniería Mecánica y Electromecánica
pág. 3593
DOI:
https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i4.25374
Modelado y evaluación del enfriamiento radiativo pasivo diurno bajo
condiciones barométricas de altura: optimización de sistemas energéticos en
La Paz

Ruben Yahuita Mattos
1
rubenyahuitamattos@gmail.com

https://orcid.org/0009-0003-5381-8762

Carrera de Ingeniería Mecánica y
Electromecánica

Universidad Mayor de San Andrés

La Paz – Bolivia

Bonifacio Gerardo Copa Quispe

ing.bonifaciocopa@gmail.com

https://orcid.org/0009-0008-5457-839X

Carrera de Ingeniería Mecánica y
Electromecanica

Universidad Mayor de San Andrés

La Paz – Bolivia

Jaime Eduardo Sánchez Guzmán

jedsanguz@gmail.com

https://orcid.org/0009-0000-6204-3610

Carrera de Ingeniería Mecánica y
Electromecánica

Universidad Mayor de San Andrés

La Paz - Bolivia

RESUMEN

El presente artículo evalúa el potencial del enfriamiento radiativo pasivo diurno (PDRC) bajo las
condiciones barométricas singulares de la ciudad de La Paz (3.865 m.s.n.m.), con el objetivo de
determinar cómo la baja presión atmosférica e higrométrica del Altiplano influye en el balance
energético de superficies selectivas y en la optimización de sistemas fotovoltaicos. La metodología
integró un modelado numérico determinístico en estado transitorio, desarrollado en MATLAB, junto
con una fase experimental de campo en la que se evaluó un prototipo recubierto con Sulfato de Bario
(BaSO4) y Carbonato de Calcio (CaCO3), incorporando el recálculo de los coeficientes de transferencia
de calor ajustados a la presión barométrica real registrada (72,79 kPa) y a una densidad del aire de 0,845
kg/m³. Los resultados experimentales demostraron que la atmósfera del Altiplano constituye una ventaja
termodinámica, permitiendo alcanzar una temperatura mínima absoluta de -10,45 °C y un diferencial
térmico sub-ambiente de 25,06 °C, superior a los valores reportados en climas de baja altitud. Asimismo,
se determinó que la integración del recubrimiento radiativo eleva la eficiencia eléctrica media de
módulos fotovoltaicos de 16,59 % a 19,35 %, un incremento neto de 16,63 %. Se concluye que La Paz
posee condiciones excepcionales para la implementación de tecnologías PDRC de bajo costo, ofreciendo
una alternativa sustentable para mejorar la eficiencia de sistemas energéticos en regiones de gran altitud.

Palabras clave: enfriamiento radiativo; presión barométrica; balance energético; superficies selectivas;
eficiencia fotovoltaica.

1
Autor principal.
Correspondencia:
rubenyahuitamattos@gmail.com
pág. 3594
Modeling and evaluation of passive daytime radiative cooling under high
-
altitude barometric conditions: optimization of energy systems in La Paz

ABSTRACT

This article evaluates the potential of passive daytime radiative cooling (PDRC) under the unique

barometric conditions of the city of La Paz (3,865 m.a.s.l.), aiming to determine how the low

atmospheric and hygrometric pressure of the Altiplano influences
the energy balance of selective
surfaces and the optimization of photovoltaic systems. The methodology integrated a deterministic

transient
-state numerical model developed in MATLAB together with an experimental field phase in
which a prototype coated wit
h Barium Sulfate (BaSO4) and Calcium Carbonate (CaCO3) was evaluated.
The model incorporated the recalculation of heat transfer coefficients adjusted to the actual measured

barometric pressure (72.79 kPa) and an air density of 0.845 kg/m³, significantly reducing the system's

parasitic convective losses. Expe
rimental results showed that the Altiplano atmosphere constitutes a
thermodynamic advantage, reaching an absolute minimum temperature of
-10.45 °C and a sub-ambient
thermal differential of 25.06 °C, high
er than values reported for low-altitude climates. It was also
determined that integrating the radiative coating raises the average electrical efficiency of photovoltaic

modules from 16.59 % to 19.35 %, a net increase of 16.63 %. It is concluded that La Pa
z has exceptional
conditions for implementing low
-cost PDRC technologies, offering a sustainable alternative to improve
the efficiency of energy systems at high altitude.

Keywords:
radiative cooling; barometric pressure; energy balance; selective surfaces; photovoltaic
efficiency.

Artículo recibido 20 mayo 2026

Aceptado para publicación: 20 junio 2026
pág. 3595
INTRODUCCIÓN

El incremento sostenido de 1,1 °C en la temperatura media global, junto con una demanda de
refrigeración que representa ya cerca del 10 % del consumo eléctrico mundial, ha convertido la gestión
térmica pasiva en una prioridad de la ingeniería mecánica y electromecánica contemporánea (Aili et al.,
2024). En el sector de la edificación, los sistemas convencionales de climatización pueden llegar a
representar hasta el 40 % del consumo de energía primaria (Lu et al., 2021). En este contexto emerge el
enfriamiento radiativo pasivo diurno (Passive Daytime Radiative Cooling, PDRC), una tecnología que
utiliza el cielo como sumidero térmico a temperaturas cercanas al cero absoluto, aprovechando la
ventana de transparencia atmosférica entre 8 y 13 μm para disipar calor incluso bajo radiación solar
directa (Hossain & Gu, 2016).

La ciudad de La Paz, situada por encima de los 3.600 metros sobre el nivel del mar, presenta condiciones
barométricas e higrométricas singulares: la reducida presión atmosférica y la baja humedad del Altiplano
disminuyen la densidad del aire y optimizan la transmitancia infrarroja en comparación con localidades
a nivel del mar (Bijarniya et al., 2020). Sin embargo, esta ventaja termodinámica no había sido
cuantificada previamente para condiciones locales, dado que la mayoría de los modelos internacionales
de PDRC asumen presión atmosférica estándar (1 atm) y humedad relativa elevada. En paralelo, en el
sector fotovoltaico el sobrecalentamiento de los módulos solares constituye uno de los principales
factores de pérdida de eficiencia y degradación prematura de los componentes electromecánicos; se
estima que hasta el 80 % de la irradiancia solar captada por estos activos se transforma en carga térmica
residual en lugar de electricidad (Huang et al., 2024). La incorporación de recubrimientos de
enfriamiento radiativo ha demostrado reducciones de temperatura de hasta 18,3 °C en celdas solares,
con el consecuente incremento de la producción eléctrica anual (Huang et al., 2024; Wang et al., 2024).

El marco científico de este problema se sustenta en el balance de energía superficial: el enfriamiento
radiativo ocurre cuando la potencia emitida por una superficie (Prad) supera la suma de las potencias
absorbidas de la atmósfera (Patm), del sol (Psol) y las ganancias por calor sensible; para lograr un descenso
sub-ambiente diurno, la potencia neta debe ser positiva hacia el exterior (Aili et al., 2024) (Figura 1). A
partir de la ley de Stefan-Boltzmann y de la ley de distribución de Planck, se ha establecido que una
superficie a temperatura ambiente (~300 K) emite su máxima potencia radiativa cerca de las 10 μm,
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coincidiendo con la ventana de transparencia atmosférica de 8 a 13 μm en la que el aire es casi
transparente a la radiación de onda larga (Lee et al., 2023). Esta coincidencia espectral explica por qué
las superficies con alta emisividad térmica selectiva y alta reflectancia solar (ρ > 0,95) pueden alcanzar
temperaturas sub-ambiente incluso bajo insolación directa (Li et al., 2020; Mandal et al., 2018).

Figura 1.

Balance de flujos energéticos en la superficie del módulo de enfriamiento radiativo pasivo

Nota. Psun representa la fracción de radiación solar reflejada por la superficie selectiva (~98 %); Prad es la potencia radiada hacia
el espacio en la ventana atmosférica de 8-13 μm; Patm es la contra-radiación atmosférica absorbida; y Pconv la ganancia
convectiva bloqueada por el escudo de LDPE. Elaboración propia.

En el plano de los materiales, la tecnología PDRC ha evolucionado desde estructuras fotónicas
complejas hacia recubrimientos escalables de bajo costo basados en pigmentos dispersores. Zhao et al.
(2023) desarrollaron un vidrio de enfriamiento microporoso con estabilidad ambiental prolongada,
mientras que Mandal et al. (2018) demostraron que recubrimientos poliméricos porosos alcanzan
potencias netas cercanas a 96 W/m² y descensos sub-ambiente de 6 °C. Li et al. (2020) validaron que
una pintura de bajo costo basada en CaCO3 y acrílico logra una reflectancia solar de 95,5 % y una
potencia de enfriamiento superior a 37 W/m², mientras que Joseph et al. (2023) compararon
experimentalmente pinturas de BaSO4 y CaCO3 bajo clima tropical, reportando descensos de hasta -6,1
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°C y -6,0 °C respectivamente, lo que sugiere una equivalencia funcional entre ambos pigmentos.
Respecto a la integración con sistemas fotovoltaicos, Wang et al. (2024) diseñaron un sistema híbrido
que, mediante el redireccionamiento de la radiación reflejada hacia las celdas, incrementó la densidad
de potencia de salida en 30,3 %, mientras que Farooq et al. (2023) estimaron ahorros de climatización
de entre 76 y 113 kWh/(m²·año) mediante cubiertas frías.

Sin embargo, la revisión de la literatura evidencia una brecha crítica: la práctica totalidad de los modelos
y validaciones experimentales de PDRC se ha desarrollado a nivel del mar o en climas tropicales y
áridos de baja altitud, asumiendo presiones atmosféricas cercanas a 1 atm y concentraciones
relativamente altas de vapor de agua (Cardemil et al., 2020). El comportamiento de la capa límite
convectiva y de la emisividad efectiva del cielo en condiciones barométricas de gran altitud (~0,65 atm),
como las de La Paz, permanecía prácticamente inexplorado, pese a que, de acuerdo con el modelo de
Berdahl y Martin (citado en Cardemil et al., 2020), la emisividad del cielo depende de la temperatura
del punto de rocío, la cual se reduce sustancialmente en atmósferas secas de altura.

Frente a este panorama, la investigación se orientó a responder la siguiente pregunta: ¿de qué manera
las condiciones barométricas y de transparencia atmosférica de la ciudad de La Paz influyen en la
viabilidad técnica del enfriamiento radiativo pasivo diurno, y cómo puede un modelo numérico
optimizar el uso de BaSO4 y CaCO3 para mejorar el rendimiento de sistemas fotovoltaicos como base
científica para la refrigeración de sistemas energéticos en gran altitud? El objetivo general fue evaluar
el potencial del enfriamiento radiativo pasivo diurno con ambos materiales en la ciudad de La Paz
mediante el modelado numérico y la optimización de sistemas fotovoltaicos. De manera específica, se
buscó: a) modelar el comportamiento convectivo de la atmósfera paceña sobre superficies horizontales;
b) cuantificar la potencia radiativa neta alcanzable bajo la radiación solar extrema del Altiplano; c)
evaluar experimentalmente el rendimiento térmico comparativo de BaSO4 y CaCO3; y d) proyectar,
mediante modelado numérico, la mejora en la eficiencia eléctrica de sistemas fotovoltaicos. El estudio
se justifica por su pertinencia con la termodinámica de la transferencia de calor, por su relevancia
socioeconómica al proponer una solución de refrigeración de costo operativo nulo para el Altiplano
boliviano, y por su novedad, al constituir uno de los primeros estudios que cuantifica el potencial del
PDRC aprovechando la singularidad barométrica de la ciudad de La Paz.
pág. 3598
METODOLOGÍA

La investigación se clasifica como aplicada, de nivel correlacional y de enfoque cuantitativo, orientada
a evaluar la relación de dependencia entre las variables atmosféricas locales (presión barométrica,
humedad y transparencia del cielo) y la potencia neta de disipación térmica lograda por una superficie
selectiva, mediante la recolección de datos experimentales y el desarrollo de un modelo matemático
determinístico. El diseño fue cuasi-experimental de campo, con un enfoque longitudinal-transitorio: si
bien se manipuló intencionalmente la composición del recubrimiento (BaSO4 frente a CaCO3), no existió
control absoluto sobre variables exógenas como la irradiancia real o la nubosidad, lo que otorgó validez
externa a los resultados obtenidos bajo el cielo real de La Paz.

La unidad de análisis fue el Módulo de Enfriamiento Radiativo Pasivo (MERP), compuesto por una
placa de aluminio grado 1100 de 3 mm de espesor (200 × 200 mm, masa de 0,325 kg) recubierta con
una mezcla de pigmento y aglutinante acrílico mate en proporción 60/40 en peso. La placa se alojó en
una cámara aislante de poliestireno expandido de alta densidad (Tecnopor D-12, 50 mm de espesor),
forrada internamente con lámina de aluminio reflectiva y protegida en su cara superior por un escudo
convectivo de film de polietileno de baja densidad (LDPE) transparente al infrarrojo (Figura 2). Un
espacio perimetral de 15 mm y una elevación de 20 mm sobre soportes poliméricos rompieron los
puentes térmicos laterales e inferiores, respectivamente.

Figura 2.

Esquema técnico transversal del prototipo MERP diseñado para condiciones de altura