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Confort térmico - planteamiento del problema, objetivos, descripciÓn del escenario fÍsico de aplicaciÓn geografÍa y orografÍa



PROPUESTA TECNOLÓGICA DE CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS RURALES BIOCLIMÁTICAS PARA ZONAS ALTO ANDINAS EN EL PERÚ COMPRENDIDAS ENTRE 3000 A 5000 msnm.













INTRODUCCIÓN

El tema del confort térmico en el contexto bioclimático actual no ha sido una preocupación que haya marcado una ruta de acción en el Perú en los 10 ó 20 últimos años. Tal vez sea porque tanto la ciudad capital, Lima, como otras ciudades costeras que le siguen en importancia no sufren de climas muy extremos. No obstante, el Perú tiene otras ciudades que con el correr de los años han cobrado mayor importancia y en su población se han hecho más visibles los efectos de los cambios económicos, culturales y cambios en el clima mundial, esto último ha acentuado realidades climáticas de frío extremo que han llamado la atención y han merecido enfoques técnicos de importancia, por otro lado, en el Perú no se ha tocado con profundidad el tema de eficiencia energética en edificaciones, así como tampoco el tema de bioclimatización de viviendas en zonas rurales andinas. Así pues, bajo el marco de desarrollo de la “Red Iberoamericana para el uso de las Energías Renovables y diseño bioclimático en viviendas y edificios de interés social” del CYTED, coordinada por el Dr. Helder Gonçalves del INETI de Portugal, vigente entre 2005 - 2008, se comprobó que en el Perú no se ha tratado sistemáticamente la problemática del clima extremadamente adverso en altitudes mayores a 3000 m.s.n.m (Barrionuevo y Espinoza, 2005).

Aun se hace notoria la gran carencia de estudios adecuados y de información real de las condiciones climáticas en las que las poblaciones rurales andinas viven; ésto implica, incluso, información acerca de lascondiciones de confort térmico asociadas al poblador andino, el cual está sujeto a condiciones de clima frío durante casi toda su vida. Algunos de los muchos problemas que genera vivir en ambientes extremadamente fríos son: mortandad por enfermedades respiratorias, restricción de actividades nocturnas, depresión, etc.
En éste contexto El Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería (CER-UNI) desarrolló desde marzo del 2008 hasta diciembre del 2009 el proyecto “PROPUESTA TÉCNICA DE CONFORT TÉRMICO PARA VIVIENDAS EN COMUNIDADES LOCALIZADAS ENTRE 3000 Y 5000 m.s.n.m”, en dos comunidades rurales altoandinas, una en el departamento de Ayacucho (a 3700 m.s.n.m) y la otra en el departamento de Puno (a 4500 m.s.n.m). Este proyecto buscó llenar los vacíos existentes en el área de bioclimatización de viviendas rurales así como presentar soluciones y lineamientos técnicos para aplicarse a viviendas en el ámbito altoandino, con la finalidad de obtener temperaturas confortables en el interior de ellas. Éste proyecto de investigación aplicada, planteado y conducido por el CER-UNI, se ha orientado al estudio técnico de las magnitudes físicas que influyen directa e indirectamente en el confort térmico de un ambiente de edificaciones previamente seleccionadas; con la finalidad de proponer las mejoras que aseguren la calidad de vida de sus usuarios. Finalmente se presenta propuestas arquitectónicas y tecnológicas constructivas que constituyen conclusiones preliminares de mejoramiento de viviendas altoandinas.


1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las consecuencias de las condiciones climáticas de frío intenso sobre el poblador altoandino son muy perjudiciales yen el peor de los casos pueden llegar a ser mortales. También es evidente que la razón de la vulnerabilidad a dichas condiciones climáticas abarca básicamente 3 aspectos
alimentación,
vestimenta,
materiales y construcción de viviendas.

El presente trabajo enfrenta el último de estos aspectos, sin embargo la definición del problema asociado a éste aspecto requiere el planteamiento de las siguientes preguntas

sPor qué las viviendas típicas de las zonas altoandinas no logran tener ambientes interiores cálidos?
Si las viviendas rurales altoandinas que se construyen actualmente generan ambientes interiores fríos. sPor qué se siguen construyendo viviendas de ése tipo?
sExiste alguna normativa o información que oriente la construcción de viviendas rurales más cálidas y cuyo costo (de la vivienda) sea viable?
sSe podrán construir viviendas adecuadas para las condiciones de clima frío del ande? sSe podrán rehabilitar viviendas rurales altoandinas típicas ya existentes y hacer que los ambientes interiores sean más cálidos?
Todas estas preguntas llevaron a la definición del problema de la siguiente forma
Actualmente, en el Perú y principalmente en las zonas altoandinas rurales, las técnicas constructivas y bioclimáticas utilizadas en la construcción de las viviendas son inadecuadas e ineficientes; y generan ambientes interiores fríos y no aptos para la actividad humana de calidad mínima.

1.2. OBJETIVOS
El proyecto planteó los siguientes cinco grandes objetivos de consecución sucesiva:
Diagnóstico térmico ambiental de dos viviendas rurales.
Programa de mejoras técnicas en cada vivienda.
Propuesta de diseño y construcción de viviendas rurales bioconfortables.
Fomento de localesbioconfortables escuelas, postas médicas, locales comunales.
Sensibilización de autoridades y funcionarios públicos y privados de los sectores de vivienda, salud, agricultura, energía y minas, etc.

1.3.
JUSTIFICACIÓN
El problema de la vivienda confortable en la zona alto andina es un problema de pobreza, pero las necesidades no sólo es carencia, también son potencialidades humanas, individuales y colectivas. Por esa razón la transferencia de los resultados del proyecto debe incluir en hacer evidente e incentivar las potencialidades de todos los actores, en el lugar, en el entorno, en el ámbito local, regional y nacional, contando además con la cooperación técnica y económica internacional.
Se debe desarrollar una estrategia para que las comunidades alto andinas se involucren en las respuestas y soluciones de su problema de confortabilidad, para que hagan suyas los resultados del proyecto que se desea transferir; que los encuentren apropiados y apropiable.

1.4. ANTECEDENTES
Encontramos un primer tratado (Beltrán, 1987) que enfoca la problemática generada por el clima adverso de nuestra región altiplánica que elabora una propuesta de arquitectura bioclimática destinada a mejorar las condiciones de habitabilidad para las poblaciones andinas de esa región.

En años más recientes, (Zea, 2000) y (Horn, 2005) se han ocupado de este tema confirmando que la penetración de esta tecnología en el contexto arquitectónico y constructivo nacional no va más allá de casos puntuales, importantes y destacables, pero aislados.

Así mismo, una primera aproximación de cálculo demostró que la energía solar incidente sobre una vivienda localizada en la comunidad de San Francisco de Raymina, Ayacucho sería suficiente paraelevar su temperatura hasta el rango de confort. (Espinoza y Saavedra, 2007).

Hemos localizado también dos experiencias prácticas en las provincias Juli, Puno y Espinar, Cusco, ambas a 4 000 msnm aproximadamente, impulsadas por la Misión Belén de Immensee (ONG Suiza), que han devenido en la construcción de una vivienda confortable en cada lugar utilizando prácticas y materiales constructivos de la región y aportes tecnológicos actuales.

DESCRIPCIÓN DEL ESCENARIO FÍSICO DE APLICACIÓN GEOGRAFÍA Y OROGRAFÍA

Perú es un país con un territorio de características climáticas y ecológicas distintas en toda su extensión, con ocurrencia frecuente de desastres naturales. Tiene también diferentes culturas, así como graves problemas sociales y económicos y la tarea de construir en el Perú y las tecnologías apropiadas a utilizar están íntimamente ligadas a esa realidad.
Haciendo un recorrido transversal desde el litoral en el océano pacífico, pasamos por la costa que representa el 11% de la superficie total del país, llegando a la selva, que responde por el 63%, se reconocen ocho regiones altitudinales naturales en el Perú entre las que se cuentan las regiones Suni y Puna, las cuales se encuentran dentro del Escenario Físico de Aplicación.
En la tabla N°1, se muestra las ocho regiones naturales o pisos ecológicos del Perú.

Región Altitud Clima
Costa o Chala Hasta 500 m.s.n.m. (occidente) Desértico subtropical y semitropical de tipo sabana tropical
Yunga (marítima) 500 – 2 300 m.s.n.m. Cálido subtropical y árido y semitropical y húmedo (al norte)
Quechua 2 300 – 3 500 m.s.n.m. Templado
Suni o Jalca 3 500 – 4 100 m.s.n.m. Frío y seco
Puna 4 100 – 4 800 m.s.n.m. Muy frío (-9°C ~ -25°C)
Janca o CordilleraDesde 4 800 m.s.n.m. Gélido
Selva alta o Rupa - Rupa 400 – 1 000 m.s.n.m. (oriente) Cálido y húmedo (4000 mm de lluvia al año)
Selva baja u Omagua Hasta 400 m.s.n.m. (oriente) Tropical

Tabla N° 1: Las ocho regiones naturales o pisos ecológicos del Perú, (Brack, 2 000).

REGIONES ALTOANDINAS Y DEMOGRÁFICAS

Las zonas altoandinas de la sierra peruana, debido a su altitud y orografía están expuestas a condición climática extrema, en ocasiones esta condición extrema crea situaciones climáticas críticas que afectan la producción de alimentos y los modos de vida de los pobladores altoandinos.

En las zonas altoandinas se encuentran varias provincias dentro de los departamentos de Arequipa, Ayacucho, Ancash, Apurímac, Cusco, Huancavelica, Huánuco, Junín, La Libertad, Pasco, Puno y Tacna (todos sobre los 3000 m.s.n.m).





















Figura N°1: Zonificación del Mapa del PERÚ según el clima.
CLIMAS Y PROBLEMÁTICAS

En el Perú, un total de 6 millones 511 mil habitantes (según INDECI, 2008), son sometidos a condiciones climáticas frías extremas en la zona sur y centro del país; así pues, de enero a junio del año 2009 fallecieron cerca de 300 personas, entre niños y ancianos, a consecuencia de infecciones respiratorias agudas (neumonía).

Las causas asociadas al fallecimiento de niños y ancianos en las zonas altoandinas son básicamente tres
Mala alimentación de las personas (principalmente niños), que debido a su carencia económica y desconocimiento usualmente consumen alimentos poco nutritivos (fideos, etc.) por ser más baratos.
Ropa usada; siendo para las personas más barato y “más moderno” usar ropa sintética, la cual es inadecuada para las condiciones de fríoextremo en que viven.
Las técnicas constructivas de las viviendas han devenido a menos, perdiendo su capacidad de ser aisladas térmicamente debido al uso de elementos como techos y puertas de calamina metálica; así como también una mala orientación y diseño de las viviendas. (Fuente: MINSA 2009)

DESCRIPCIÓN TÉRMICA BIOCONFORTABLE

El concepto de confort térmico se asocia con una buena dosis de factores psicológicos y fisiológicos que varían de persona a persona y puede llevar a diferentes sensaciones de confort térmico, teniendo en cuenta las mismas condiciones de ambiente térmico. Por otra parte, este proceso es dinámico. De hecho, no sólo el clima está cambiando instantáneamente, el bienestar humano no es una realidad estática, ya que los seres humanos tienen la capacidad para adaptarse a las cambiantes condiciones térmicas que lo rodean.


















Figura Ns 2: Percepción holística del ambiente térmico (Fuente: Chavez, 2001
De todos modos, hay un conjunto de parámetros que influyen directamente en el confort térmico y son diferenciadas:

Los factores personales:
Actividad y metabolismo.
Ropa
Factores ambientales
Temperatura del aire
La temperatura media radiante
Velocidad del aire
Humedad relativa.
Los primeros son totalmente dependientes de los usuarios de las casas y de su actividad, los últimos dependen de la calidad de la envolvente del edificio.























TES: Temperatura Efectiva Standard.
(Fuente: SANTAMOURIS et al, Passive Cooling of Buildings, 1999).

Figura N° 3: Respuesta humana frente a diferentes temperaturas efectivas estándar


3.1. PLANEAMIENTO TÉCNICO

3.1.1. DIÁGNOSTICO TÉRMICO YAMBIENTAL.

Las viviendas elegidas para el estudio se ubican, una en la región SUNI, en la Comunidad San Francisco de Raymina (13° 45’ 26” Lat. sur; 73° 51’ 26” long. Oeste; 3700 m.s.n.m), distrito Huambalpa, provincia Vilcashuamán, región Ayacucho; otra en la región PUNA, en la Comunidad Vilcallamas Arriba (17° 00’ 58” lat. sur; 69° 30’ 59” long. Oeste; 4500 m.s.n.m), distrito Pizacoma, provincia Chucuito, Región Puno.

COMUNIDAD DE SAN FRANCISCO DE RAYMINA

Cuenta con una plaza principal y cerca de 60 viviendas construidas con muros de adobe y techos de tejas y calamina, un colegio y un local comunal, construidos con bloques de concreto, tijerales de madera y techo de calamina con teja cerámica, por lo que son ambientes muy fríos. Suma 300 habitantes aproximadamente.

















Figura N° 4: Esquema ilustrativo de la ubicación relativa de la comunidad de San Francisco de Raymina, en la región altitudinal SUNI.


COMUNIDAD DE VILCALLAMAS ARRIBA

















Figura N° 5: Esquema ilustrativo de la ubicación relativa de la comunidad de Vilcallamas Arriba, en la región altitudinal PUNA.
Esta comunidad asentada aproximadamente en 6000 hectáreas, tiene 300 habitantes que conforman 50 familias, cada una de las cuales es propietaria de una parcela de 5 a 100 Ha. La ubicación de sus viviendas es muy dispersa; la distancia entre viviendas o pequeños agrupamientos de ellas es, en la mayoría de casos, mayor a un kilómetro.


CARACTERÍSTICAS DE LAS VIVIENDAS ELEGIDAS DE LAS COMUNIDADES A SER MODIFICADAS

SAN FRANCISCO DE RAYMINA

La vivienda a ser evaluada se ubica en la plaza de la comunidad. Se encuentra en un terreno de 360 m2, área construida 65m2 y seencuentra cercada por muros de un metro de altura, hechos de adobe. Consta de dos habitaciones, una sala comedor y una cocina que comparte un muro con una de las habitaciones. Los muros de 2.4m, son hechos con bloques de adobe de 0.38mx0.38mx0.13m y barro entre ellos.

La vivienda cuenta con puertas de madera y plancha metálica sin marco. En el muro frontal se ubica la puerta de ingreso (1.0mx2.15m) y dos ventanas (1.04 mx1.0 m) con vidrio simple (0.002m espesor). Existen 2 ventanas adicionales en la parte posterior de la vivienda, una para cada habitación. Ventanas y puertas permiten filtraciones de aire perjudiciales. La mayor parte del techo de la vivienda es de plancha metálica y solo una habitación lo tiene de tejas, muchas de ellas rotas por efecto del granizo, es del tipo dos aguas.


















Figura Ns 6: Imagen de la vivienda San Francisco de Raymina - Ayacucho, arriba vista frontal y abajo vista posterior en sus condiciones iníciales.
FUENTES DE CALOR SUMIDEROS DE CALOR PUENTES TÉRMICOS
La radiación solar incidente.
Suelo Puertas metálicas
El fogón de la cocina.
Techo Techos de calamina
Calor disipado por las personas y animales.
Ventanas


VILCALLAMAS ARRIBA

Ubicada sobre una ladera en la dirección noroeste, forma parte de una agrupación de viviendas pertenecientes a una familia.
El área construida de la vivienda es igual a 45.7 m2, ubicada sobre un terreno de 83.5m2 aproximadamente, está constituida por dos ambientes independientes el uno del otro. Uno es dedicado a tareas de cocción, almacén de utensilios y alimentos y refugio contra el frío. El otro hace las veces de dormitorio.

Sus muros son hechos con adobes de 0.4m de ancho, descansan sobre uncimiento de piedra que tiene una profundidad de 0.6m y un ancho de 0.5m. El techo es del tipo “dos aguas” hecho con tijerales de eucalipto y amarras de pellejo de alpaca, sobre el que colocan un “tumbado” que es una cubierta de unos 0.05m de espesor, hecha con mezcla de barro, paja y arcilla; es prefabricada en el piso y luego enrollada y elevada así sobre el tijeral para desenvolverla sobre éste.

Encima de este tumbado instalan un “colchón” de “paja brava” (iru ichu) que los protege del frío y la lluvia. El piso de la vivienda es de tierra y esta a un nivel más elevado que el piso exterior. Las puertas de ambos ambientes son típicamente pequeñas (1.6mx0.9m y 1.3mx0.7m), hechas con plancha metálica y marcos de madera eucalipto. Cada ambiente cuenta, igualmente, con una pequeña ventana ubicada en la parte alta de uno de sus muros.















Figura Ns 7: Imagen de la vivienda de Vilcallamas Arriba - Puno, en sus condiciones iníciales
FUENTES DE CALOR SUMIDEROS DE CALOR PUENTES TÉRMICOS
La radiación solar incidente. Suelo Puertas metálicas
El fogón de la cocina.
Techo Techos de calamina
Calor disipado por las personas.



3.1.2. MODELO TÉRMICO DE ANÁLISIS

Para los efectos del análisis térmico se identificaron las partes interiores de las viviendas con temperatura, humedad relativa y movimiento de aire prácticamente iguales, llamadas zonas térmicas, para ello se instalaron sensores de temperatura en muros, techos, puertas, ventanas y suelo de la vivienda, también se instalo un dispositivo de forma esférica para el cálculo de la temperatura radiante (Kvisgaard, 2000).











Globos de 0.15m de diámetro Coeficiente
de emisividad ε = 0


Figura Ns 8:Dispositivo de forma esférica para el cálculo de la temperatura radiante ubicada en la vivienda de Vilcallamas Arriba - Puno

También se instalaron sensores para medir la temperatura, humedad relativa del aire interior y la iluminación. En el exterior se instaló una mini estación metereológica con sensores de temperatura ambiente, humedad relativa, radiación solar y velocidad y dirección del viento.
Todos los valores medidos han sido registrados a intervalos de 30 minutos a partir del día 13 de junio de 2008, de esa manera se pudo cubrir la temporada de frío más intenso en las comunidades y la información acumulada nos permitió obtener resultados representativos de ésta situación extrema.
En lo que sigue se describe y precisa el planteamiento y procedimiento experimental aplicado a las viviendas.

3.1.3. FLUJOS DE CALOR IDENTIFICADOS


A través de paredes con el exterior
Transferencia entre la superficie y el aire cercano (coeficiente de convección, temperatura del aire cercano a las superficies, velocidad de viento, orientación de superficies.)
Transferencia a través de las paredes (conductividad térmica del material, temperaturas superficiales, capacidad calorífica
Transferencia de las superficies exteriores expuestas a la radiación directa (área efectiva, radiación solar local.)
A través de paredes en el interior
Transferencia entre la superficie y el aire cercano (coeficiente de convección, temperatura del aire cercano a las superficies.)
Transferencia a través de las paredes (conductividad térmica del material, temperaturas superficiales, capacidad calorífica
A través del techo
Transferencia entre la superficie y el aire cercano (coeficiente de convección, temperatura del aire cercano alas superficies, velocidad de viento, orientación de superficies.)
Transferencia a través del material (conductividad térmica del material, temperaturas superficiales, capacidad calorífica
Transferencia de las superficies exteriores expuestas a la radiación directa (área efectiva, radiación solar local.)
A través del suelo
Transferencia entre la superficie y el aire cercano (coeficiente de convección, temperatura del aire cercano a las superficies.)
Transferencia conductiva a través del material del suelo
Con las filtraciones
Transferencia por intercambio de masa de aire interno con aire externo a diferente temperatura.
Desde el fogón
Fuente de calor, contribuirá a la elevación de la temperatura del ambiente de cocina, durante su uso, por radiación y por convección.
Desde las personas
Actividad de las personas.

Vestimenta.
Estas dos se dan por convección.




Flujos de Calor identificados en la vivienda de San Francisco de Raymina
























* → Flujo hacia afuera.

* ← Flujo hacia adentro.
* ↔ Flujo dependiente de la hora.

Flujos de Calor identificados en la vivienda de Vilcallamas Arriba































Para las zonas térmicas definidas se realizó los cálculos de los flujos de calor por convección natural entre las superficies interiores y el aire ambiente de dichas zonas.
Puesto que las superficies interiores se caracterizan por ser: paredes planas verticales, superficies planas horizontales, superficies planas con cierta inclinación; y puesto que la trasferencia de calor entre dichas superficies interiores y el aire ambiente interior es porconvección natural, se pudo utilizar relaciones empíricas (asociadas a dichas geometrías) para determinar el coeficiente de convección pelicular.
Consideramos un flujo de calor por convección natural ya que dentro de las zonas térmicas la velocidad del viento es pequeña.

Las ecuaciones de flujo de calor que nos permitieron realizar este balance de energía fueron (3.1)
Que es la ley de enfriamiento de Newton
Donde:
= es el flujo de calor por convección natural
= es el coeficiente pelicular de transferencia de calor por convección
= es el área de la superficie plana de transferencia
= es la temperatura de la superficie del área de la superficie de transferencia
= es la temperatura del aire de la zona térmica
Y una de las relaciones empíricas usadas para determinar el coeficiente pelicular para convección natural en superficies planas verticales, dado por Churchill y Chu es: (Churchill, 1975)

… (3.2)
Donde:
= es el número de Nusselt
= es el número de Rayleigh
= constante gravitacional
= coeficiente volumétrico de expansión térmica del aire de la zona térmica
= densidad del aire de la zona térmica
= longitud característica de la superficie
= viscosidad del aire de la zona térmica
= difusividad térmica del aire de la zona térmica
Siendo todas las propiedades evaluadas a la temperatura de película dada por:

… (3.3
Y además:
… (3.4)

… (3.5


La ecuación (3.1) y los datos experimentales que se obtienen nos permiten evaluar losflujos de calor por convección hacia el interior de todas las superficies interiores (paredes, ventanas, puertas).

3.1.4. TEMPERATURAS Y OTROS PARAMETROS IDENTIFICADOS

Las temperaturas identificadas son
Temperatura del Aire exterior.
Temperatura del aire interior por zona térmica de ambas zonas.
Temperatura de superficies interiores y exteriores de muros y techo.
Temperatura del aire cercano a las superficies (0.30m aprox.)
Temperatura de suelo (profundidad de 0.20m).
Otros parámetros térmicos y ambientales identificados
Humedad Relativa Ambiental.

Humedad Relativa de cada zona térmica.
Velocidad y Dirección de Viento

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Se elaboró un PLAN DE MEDICIONES térmicas y ambientales (diseño experimental) en concordancia y armonía técnica y científica con los requerimientos de base de cálculo para el confort térmico de ambientes.

INSTRUMENTACIÓN EMPLEADA


INSTRUMENTACIÓN INTERNA
Al interior de las viviendas se midieron temperaturas y humedad relativa con sensores marca HOBO de 2 y 4 canales.
Los sensores de temperatura fueron del tipo de resistencia variable, con un rango de medición de -40o a 100 oC y una exactitud de ±0 oC a 20 oC. El elemento sensor tiene una cubierta de acero inoxidable de forma cilíndrica que facilita el contacto térmico con superficies sólidas. La temperatura radiante media (TRM) en el interior de las viviendas se midió con esferas de 0.15m de diámetro con recubrimiento de emisividad superficial de 0.9, en cada vivienda se usaron 44 sensores de temperatura.














Figura N° 9: En la figura de arriba se muestra registradores y sensores térmicos colocados en el interior de las viviendas.; abajo la miniestación meteorológica autónoma instalada en los exteriores de las viviendas.

INSTRUMENTACIÓN EXTERNA











La instrumentación utilizada para obtener las características principales del ambiente fue la siguiente
Micro Estación Meteorológica Hobo H21-002.
Piranómetro De Silicio S-LIB-M003.
Sensor de Velocidad/Dirección de Viento S-WCA-M003.
Sensor de Temperatura/Humedad Relativa (S-THB-M002).

A continuación se publican las especificaciones técnicas de los instrumentos usados























































































Figura N° 10: Formas de sujeción y posicionamiento de sensores sobre pared (a), dentro del muro (b), en el aire cercano a una superficie externa (c) y sobre la superficie del techo formado por una plancha metálica encalaminada (d). Los sensores expuestos al ambiente exterior fueron protegidos de la irradiancia.


El diseño experimental se ha desarrollado en concordancia y armonía técnica y científica con los requerimientos de base de cálculo para el confort térmico de ambientes. Se eligieron los “puntos térmicos” de importancia, es decir, los lugares de ubicación de los sensores, por ejemplo, centro del techo, parte superior de una puerta, centro de un muro, etc., tal como se ilustra en las Figuras N° 11 y 12, correspondientes a San francisco de Raymina y Vilcallamas Arriba respectivamente.Figura N° 11: Distribución de sensores de temperatura en la vivienda de San Francisco de Raymina, representados por códigos numéricos cuyos 2 primeros dígitos distinguen a las micro estaciones (04x) de los acumuladores de datos (38x, 39x); el último dígito identifica a un sensor.



















































Figura N°12: Distribución de sensores de temperatura en la vivienda de Vilcallamas Arriba, representados por códigos numéricos cuyos 2 primeros dígitos distinguen a las micro estaciones (04x, 05x) de los acumuladores de datos (39x, 409x, 99x); el último dígito identifica a un sensor.



RESULTADOS Y PROYECCIONES
SAN FRANCISCO DE RAYMINA
A continuación se muestra datos experimentares y las graficas que nos muestran las características climatológicas de las dos comunidades en estudio obtenidos por los sensores instalados en ambas comunidades, temperatura máxima, temperatura mínima, esto para el interior de la casa




Tabla Ns 2: Datos experimentales de la temperatura en el interior de la vivienda en estudio San Francisco de Raymina

























(Fuente: Base de datos experimentales - CER-UNI)

Gráfica N°1: Temperatura máxima y mínima en el interior de la casa en estudio San Francisco de Raymina, medida desde 15 de junio hasta 30 de octubre del 2008.
















Tabla Ns 3: Datos experimentales de la temperatura en el interior de la vivienda en estudio Vilcallamas Arriba.
























(Fuente: Base de datos experimentales - CER-UNI)

Gráfica N°2: Temperatura máxima y mínima en el interior de lacasa en estudio Vilcallamas Arriba, medidas desde el 14 de junio hasta el 30 noviembre del 2008.

En (Anexo tablas y gráficos) se muestran más en detalles las diferentes mediciones realizadas en las viviendas de San Francisco de Raymina y Vilcallamas Arriba, tanto interna como externa a ellas, para su mejor comprensión.
A continuación se muestran valores máximos y mínimos promedios, de la temperatura y humedad relativa de los ambientes interiores de cada una de las dos viviendas en estudio: durante el periodo de mayor frio: junio, julio, agosto en las dos comunidades seleccionadas.

San Francisco de Raymina Vilcallamas arriba
Tmáx (°C) Tmin (°C) H% máx.
H% min Tmax (°C) Tmin (°C) H% máx. H% min
14 4.6 66 36 9.4 5.1 37 27

Tabla N° 4: Valores medidos, máximos y mínimos, de la temperatura y humedad relativa de los ambientes interiores de cada una de las dos viviendas en estudio, de los períodos de monitoreo respectivamente indicados.

A continuación se muestran las curvas referenciales para tener una mejor ubicación de conceptos de confort sobre las viviendas. Usando una carta psicrométrica, la línea azul sobre las cartas psicrométricas revela el estado del clima para cada comunidad durante el período del monitoreo: junio-agosto 2008 (grafica de arriba, S.F. de Raymina y grafica de abajo Vilcallamas arriba). El punto C, representa un estado de confort. A partir de estas posiciones y los calores de energía que les corresponde, se calcula la cantidad de calor sensible y calor latente requeridos para alcanzar el estado “C”.

























Gráfica N° 3: Representación grafica del cambio de condiciones ambientales interiores en la vivienda de SanFrancisco de Raymina para alcanzar confort térmico
































Gráfica N° 4: Representación grafica del cambio de condiciones ambientales interiores en la vivienda de Vilcallamas Arriba para alcanzar confort térmico


Condiciones termodinámicas calculadas para los ambientes interiores en estudio durante el periodo de análisis donde las condiciones climáticas son severas.

San Francisco de Raymina Vilcallamas Arriba
T(°C) H% E(kJ/kg) HA(g/kg) T(°C) H% E(kJ/kg) HA(g/kg)
2 4.6 66 18.7 5.57 2 5.1 37 14.0 3.55
1 14.0 35 28.2 5.66 1 9.4 27 18.3 3.52
C 22.0 60 62.8 16.16 C 22.0 60 67.8 18.15

Tabla N° 5: Valores de temperatura, HR, entalpía /E) y humedad absoluta (HA) de los extremos del clima en cada comunidad (puntos 1 y 2) y los correspondientes al estado de confort.


La masa de aire contenida en cada volumen, calculada en función de sus dimensiones y la densidad correspondiente (0.6 kg/m3), resulta igual a 72 kg para la vivienda de S.F. de Raymina y 45.6 kg para la de Vilcallamas Arriba. Con estos valores, a su vez, se calcula el calor sensible y el calor latente requeridos para alcanzar el estado de confort representado en cada diagrama por el punto “C”. Estos resultados se muestran en la tabla N°6.
Estimación de la energía requerida para mejorar los ambientes interiores

San Francisco de Raymina Vilcallamas Arriba
Energía (kWh) kg de agua Energía (kWh) kg de agua
C-1 0.882 0.762 C-1 0.687 0.672
C-2 0.691 0.756 C-2 0.633 0.673

Tabla N° 6: Cantidades de calor sensible y calor latente que se requerirían en cada vivienda para alcanzar las condiciones de confort representadas por el punto “C”.


Análisis de los resultados deldiagnostico de las viviendas elegidas.
Los valores de las temperaturas medidas y registradas y los resultados obtenidos a partir de ellos, nos demuestran que ambas viviendas están técnicamente desprotegidas respecto de su medio ambiente, más, cuentan con potencialidad solar capaz de respaldar eventuales soluciones técnicas.

Los rangos de temperatura interior de las 2 viviendas estudiadas están fuera de condiciones de confort térmico se alejan notoriamente del punto optimo de confort humano (600 lux, 21°C, 50% HR), durante las 24 horas del día, con el extremo mínimo cercano a 0°C.

En relación con estas condiciones referenciales y considerando las costumbres vivenciales del poblador andino del Perú y los efectos extremos de la temperatura durante la noche, así como la singular particularidad del sistema conformado por el clima, la vivienda y las costumbres de aquel, se torna importante considerar la opción de generar indicadores de confort de aplicación congruente con las características de este sistema; con atención preferente al periodo nocturno como referente de confort.

Los resultados de la cantidad de irradiancia sobre la vivienda y la requerida para mejorar el nivel térmico interior, son atrayentes y de mucha expectativa en dirección del objetivo de lograr las condiciones de confort requeridas, solamente aprovechando el calor solar.

PROPUESTA TÉCNICA BIOCONFORTABLE

GENERALIDADES

Como resultado del diagnóstico térmico realizado en las viviendas de las comunidades elegidas se comprobó que era necesario elevar las temperaturas del aire dentro de las viviendas de ambas comunidades, ello implicaba hacer modificaciones constructivas y posteriormente construir viviendas modelos en las que destaquelos estudios realizados.
4.2. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS
4.2.1. MODIFICACIONES EVALUADAS

Las modificaciones que se realizaron en cada vivienda de las dos comunidades seleccionadas, tienen sustento en resultados de simulaciones computacionales usando el programa de simulación térmica en viviendas y edificios Energy Plus.

El proceso ha consistido en realizar simulaciones considerando distintas configuraciones de modificación en las viviendas, esto es: claraboyas en el techo (clara), pisos aislados (piso), invernaderos adosados (inv), techos aislados (techo) y disminución de los intercambios de aire (inf) de los cuartos.
Las simulaciones se han llevado a cabo para el periodo más frío; esto durante los meses de mayo y julio (estación invierno), usándose para ello los datos de la estación meteorológica las cuales están instaladas en las comunidades.

SAN FRANCISCO DE RAYMINA

Las modificaciones simuladas en la vivienda de San Francisco de Raymina-Ayacucho, presenta la siguiente configuración:

Disminución de intercambios de aire de los ambientes con el exterior: 1 ACH desde las 06:00h hasta las 17:00h y 0.3 ACH en el resto del día.

ACH: Intercambio por hora de aire en los ambientes: Sala, dormitorio, cocina y patio-invernadero, el cual son definidos para realizar las simulaciones en Energy Plus.

Invernadero adosado a las paredes de los dormitorios.
Invernadero adosado a las paredes de la cocina y la sala.
Aislamiento de pisos de ambientes: cama de piedra (0.15m) - aire (0.07m) - tablas de madera (0.02m).
Aislamiento de techos con la configuración: calamina metálica - paja - planchas de fibrocemento.
Claraboyas en los techos, siendo el área ocupada aproximadamente25% del área del techo y simulándose cubiertas por un manto de lana de 0.02m de espesor desde las 17:00h hasta las 18:00h
Intercambios de aire durante las horas de luz entre ambientes e invernaderos adosados: 1 ACH desde las 06:00h hasta las 17:00h y 0.3 ACH en el resto del día.
En las configuraciones donde se simula un invernadero adosado a los dormitorios, estos últimos sólo intercambian masa de aire con el invernadero.

VILCALLAMAS ARRIBA

Las modificaciones simuladas en la vivienda de Vilcallamas Arriba - Puno, presenta la siguiente configuración:

Invernadero adosado al dormitorio y a la cocina.
Invernaderos adosados al dormitorio.
El intercambio de masa de aire considerado entre ambientes y exterior es de 1 ACH constante durante todo el día.
El intercambio de masa entre dormitorio e invernaderos adosados es de 12 ACH neto, aproximadamente entre las 06:00h. y las 18:00h.
Se aísla solo el piso de la vivienda (Figura Ns 13), para evitar el ascenso de la humedad del dormitorio de la vivienda.







Figura N°13: Detalle del aislamiento térmico propuesto para el piso. El piso de madera machihembrada se sostiene sobre listones o troncos de madera de 0.07m de espesor.




4.3. DESCRIPCIÓN DEL MODELO A CONFIGURAR
4.3.1. CONFIGURACIÓN DE MODIFICACIONES FINALES
RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES

A continuación se muestran los diseños finales según los estudios técnicos realizados en las dos comunidades











Gráfica Ns5: Resultado de la simulación de la temperatura interior de la vivienda de San Francisco de Raymina, según las configuraciones indicadas.











Gráfica Ns6: Resultado de la simulación de la temperatura interior de la viviendade Vilcallamas Arriba, según las configuraciones indicadas.
SAN FRANCISCO DE RAYMINA: APLICACIÓN FÍSICA DE LAS SIMULACIONES REALIZADAS.

Con la finalidad de aislar térmicamente el techo se consideró la siguiente configuración: calamina metálica (0,0005m) – paja o ichu (0.04m) – planchas de fibrocemento (0.004 m).









Figura N°14: Detalles del techo aislado.

5 claraboyas de policarbonato, cada una de 1.2 m x 1.0 m, Las claraboyas en el techo de la sala.












Figura Ns15: Claraboyas de policarbonato en el techo de la sala de la vivienda.

Los pisos de los dormitorios se aislaron colocando una cama de piedra, madera machihembrado que se sostiene sobre listones de madera.







Figura N°16: Detalles de los pisos aislados en los dormitorios.
Invernadero adosado en la vivienda a lo largo de la pared, el cual colinda con los dos dormitorios orientados al este, y el otro adosados a los muros de los ambientes de la sala y la cocina en la entrada a la vivienda.











Figura N°17: Ubicación de invernaderos a la izquierda: invernadero adosado a los dormitorios. A la derecha: invernadero adosado a la sala y cocina (patio-invernadero).

Se instaló un fogón mejorado, con cocina y horno.
















Figura Ns18: Fogón mejorado

VILCALLAMAS ARRIBA: APLICACIÓN FÍSICA DE LAS SIMULACIONES REALIZADAS.

El techo de la vivienda quedó tal como se encontró puesto que las viviendas de la comunidad se encuentran aislado (techo de paja o ichu).











Figura N°19: Techo de ichu de la vivienda modificada en Vilcallamas Arriba

Los pisos de los dormitorios se optaron por aislarlo instalando una cama depiedra, madera de pino machihembrado. Ver figura Ns 19.












Figura N°20: Piso de las habitaciones de la vivienda modificada en Vilcallamas Arriba.

Se instaló un invernadero colindante sobre las paredes de las habitaciones de la vivienda orientado al norte.















Figura Ns 21: Invernadero instalado en la vivienda de Vilcallamas Arriba

4.3.2. DISEÑO DE PROTOTIPO DE VIVIENDAS BIOCLIMATICAS PARA LAS COMUNIDADES.

Como resultado del trabajo del diagnostico térmico y ambiental, además del programa de mejoras técnicas de las viviendas de las dos comunidades en estudio se procedió a realizar el diseño de prototipos de viviendas bioclimáticas, para cada comunidad se diseñó un prototipo de vivienda teniendo presente los materiales predominantes de cada comunidad.


DISEÑO DE LA VIVIENDA BIOCONFORTABLE DE SAN FRANCISCO DE RAYMINA:

Este diseño de prototipo se realizó teniendo presente los resultados de las mejoras realizadas en la vivienda en estudio, además de ello contando con el permiso, opinión y colaboración respectiva de los habitantes de la comunidad, la vivienda bioconfortable consta de los siguientes ambientes:
Dos dormitorios, una sala comedor, una cocina, un baño y un invernadero adosado a las paredes colindantes a los dos dormitorios orientado al este. La fachada principal de la casa está orientada al norte.

Techo de la vivienda aislado, teniendo la siguiente configuración: viguetas de madera, sobre estas va plástico que los cubre totalmente, sobre estas van las correas de madera, una capa de ichu (0.04m) se coloca entre los espacios de las correas de madera, el cual es cubierta totalmente por plástico y finalmente se colocan las tejas.Ver figura Ns23.



N








Figura Ns 22: Modelo virtual del prototipo de la vivienda bioconfortable en San Francisco de Raymina.








Figura N°23: Estructura del techo: correas de madera sobre vigas de madera, ichu, plástico tejas

Los pisos de las dos habitaciones se aislaron: cama de piedra, listones de madera y sobre estos tablones de madera machihembrada.













Figura N°24: Detalles del piso de las habitaciones de la vivienda bioconfortable.
Se instalo un fogón mejorado, con cocina y horno.













Figura N°25: Fogón mejorado

La simulación térmica consideró lo siguiente
El dormitorio 1 y dormitorio 2 intercambian aire con el invernadero adosado de la siguiente forma: 1 ACH entre el invernadero y el dormitorio 1 desde las 06:00h hasta las 17:00h y 0.3 ACH el resto del día.

Los ambientes intercambian aire con el exterior de la siguiente forma: 1 ACH entre el invernadero y el dormitorio 1 desde las 06:00h hasta las 17:00h y 0.3 ACH el resto del día.

DISEÑO DE LA VIVIENDA BIOCONFORTABLE DE VILCALLAMAS ARRIBA:

Este diseño de prototipo se realizó teniendo presente las mejoras realizadas en la vivienda en estudio, además de ello contando con el permiso, opinión y colaboración respectiva de los habitantes de lacomunidad, la vivienda bioconfortable consta de los siguientes ambientes:

Dos dormitorios, una cocina - comedor, un baño y 2 invernaderos, cada uno adosado a un dormitorio, la vivienda está orientada de tal manera que el muro de ambos dormitorios están orientados mirando hacia el norte.

El techo se encuentra aislado con material típico de la zona, teniendo la siguiente configuración: una manta de “tumbado” (mezcla de arcilla, ichu y tierra) de 0.07m de espesor y sobre esta una capa de ichu de 0.12m de espesor, seguidamente se colocan calaminas y por ultimo se cubre todo el techo de la vivienda con una capa de ichu.Ver Fig. Ns27.










Figura N° 26: Vista de planta del prototipo de la vivienda bioconfortable en Vilcallamas Arriba













Figura N°27: Estructura del techo de la vivienda bioconfortable Vilcallamas Arriba

Los pisos de las dos habitaciones se aislaron de la siguiente manera: primero se realizo el apisonado de la tierra, sobre estas va una cama de piedra, listones de madera y al final son colocados tablones de madera machihembrada.

Dos invernaderos, cada uno adosado a los 2 dormitorios de forma tal que beneficie en el calentamiento de estos ambientes.

Para las paredes expuestas directamente al aire exterior y que no están orientadas al norte se consideró una configuración aislante térmica: 0.20m adobe - 0.04m de aire - 0.20m de adobe.










Figura Ns28: Modelo virtual del prototipo de la vivienda bioconfortable enVilcallamas Arriba. La figura de la izquierda vista NE, figura de la derecha vista SO.

La simulación térmica consideró lo siguiente
Los ambientes intercambian aire con el exterior de la siguiente forma: 1 ACH entre el invernadero y el dormitorio 1 desde las 06:00h hasta las 17:00h y 0.3 ACH el resto del día.

4.4. MECANISMOS PARA LA ADMINISTRACIÓN TÉCNICA DE LOS FLUJOS DE CALOR
4.4.1. COMPORTAMIENTO Y EFECTOS
4.4.1.1.
ESTACIONALIDAD
Las variables climáticas que más influyen en las viviendas en términos de transferencia de calor, son la temperatura del aire exterior y la radiación solar, los flujos se producen sobre todo en el período de invierno (pérdidas térmicas), mientras que en verano la dirección de flujo tiende a invertirse (ganancias térmicas).

Estación de Invierno: en este período se producen pérdidas térmicas más intensas que generan las bajas temperaturas en el interior de una vivienda.
Estación de Verano: En este periodo se producen las ganancias térmicas por transferencia de calor del exterior hacia interior, y es una situación que contribuye a aumentar la carga térmica de la vivienda y por lo tanto su temperatura interna.

4.4.1.2. ORIENTACIÓN DE LA VIVIENDA
Influye principalmente sobre
Captación solar. La vivienda debe estar dirigida hacia el norte, cuanto más energía solar se capte, mejor, ya que en una vivienda bioclimática es la principal fuente de climatización en invierno, los vientos dominantes influyen en la ventilación y en las infiltraciones.
4.4.1.3. UBICACIÓN DE LA VIVIENDA
Determina las condiciones climáticas (macro- y micro-climáticas) con la que tiene que 'relacionarse' la vivienda.
Las condiciones macroclimáticas vienen determinadas por
Lalatitud.
La región en la que se ubique la vivienda.
Estas condiciones vienen definidas por:
Las temperaturas medias, máximas y mínimas
La pluviometría (datos de precipitación media anual)
La irradiación solar
La dirección predominante del viento y su velocidad media
Las condiciones microclimáticas están condicionadas por

La presencia de accidentes geográficos locales que pueden modificar de forma significativa las condiciones macroclimáticas.
La pendiente del terreno, por cuanto determina una orientación predominante de la vivienda.
La existencia cercana de elevaciones, por cuanto pueden influir como barrera frente al viento o frente a la radiación solar
La existencia de masas de agua cercanas, que reducen las variaciones bruscas de temperatura e incrementan la humedad ambiente
La existencia de masas boscosas cercanas
La existencia de edificios.

4.5. ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS VIABLES
4.5.1.
UBICACIÓN
La ubicación se refiere a la orografía del lugar, los alrededores y las condiciones climáticas en general y cómo estos afectarían a la edificación.
4.5.2. FORMA DE LA VIVIENDA
La forma recomendada es una casa compacta y alargada, es decir, de planta rectangular, cuyo lado mayor va de este a oeste, y en el cual se encontrarán la mayor parte de los dispositivos de captación (fachada norte), y cuyo lado menor va de sur a norte. Hay que reducir la existencia de ventanas en las fachadas sur, este y oeste, puesto que no son muy útiles para la captación solar en invierno (aunque pueden serlo para ventilación e iluminación) y, sin embargo, se producen muchas pérdidas de calor a su través.











Figura Ns 29: En general, una vivienda debe favorecer la mayorsuperficie posible orientada al norte, (www.casasconfortables.net, 2009

AISLAMIENTO DE LA ENVOLVENTE

La transferencia de calor por conducción a través de la envolvente de la vivienda, ya sea pérdida o ganancias de calor son fenómenos que influyen en el confort térmico de las viviendas. Para controlar estos efectos en ambas temporadas, se administra la resistencia térmica de los elementos de construcción, lo que puede lograrse de la siguiente manera

En el caso de la envolvente opaca (paredes, techos y suelos), usando materiales aislantes, como el corcho, poliestireno expandido, poliuretano, y lana mineral.(materiales del lugar).
En el caso del vidrio, a través de la selección de las ventanas que en su conjunto 'vidrio/marco/persianas o cortinas' tengan mayor resistencia al calor, por ejemplo, doble vidrio.

4.5.4. DISTRIBUCIÓN INTERIOR
La distribución e interconexión de los espacios interiores es un tema vital, ya que ello permitirá distribuir la energía adecuadamente en los ambientes y así, procurar mayor confort y menor uso de energía convencional, todo esto tomando en cuenta los patrones de uso de los ambientes.
Por ejemplo se recomienda ubicar ambientes como la sala, comedor, cocina (ambientes más usados en el día) en el lado norte de la vivienda, ya que estos ambientes serán favorecidos por la radiación solar a lo largo del año; en la zona este es recomendable ubicar los dormitorios (los cuales serán iluminados y calentados por el sol en las mañanas) y en la zona oeste los talleres y lugares de trabajo, dejándose ambientes de paso como escaleras, pasillos o almacenes en la zona sur (por tener condiciones de confort menos estrictas).
Es recomendable ubicar los ambientes donde hay generación decalor (como cocinas o ambientes con maquinarias) en las plantas bajas, ya que al calentarse el aire de estos ambientes por el calor generado, este se elevará, pudiendo ser aprovechado para calentar ambientes ubicados en las plantas altas.
4.5.5. PROTECCIÓN DE LA ENTRADA
Algunas veces los ambientes que están ubicados en el norte del edificio pueden necesitar de un “espacio tapón”, ubicado entre la radiación solar incidente y el ambiente de trabajo evitando enfriamientos. Estos “espacios tapón” deben ser ubicados al ingreso de las viviendas.
En general, dependiendo de los requerimientos arquitectónicos, urbanísticos, estéticos y térmicos (favorecimiento de ciertos ambientes) estos criterios pueden variar.
4.5.6. VENTANAS CAPTATORAS
El uso adecuado de ventanas puede procurar confort térmico y lumínico en los ambientes interiores, ya que a través de estas, ingresa radiación solar directa y difusa.

4.5.6.1. EN PAREDES
En climas fríos, por ejemplo, se recomienda grandes ventanas en las paredes orientadas al norte en pos de ganar energía solar directamente hacia los ambientes interiores; no obstante, durante las noches las pérdidas de energía a través de los vidrios pueden ser considerables; es por ello que se recomienda usar en la ventanas una cubierta aislante durante las noches o doble vidrio. En verano, para evitar sobrecalentamientos, las ventanas deberán disponer de elementos de sombreamiento. En la fachada sur deberán hacerse ventanas pequeñas.

Para climas cálidos es adecuado hacer ventanas con el fin de generar confort lumínico, sin riesgo de sobrecalentamientos; para ello se debe disponer de elementos de control y sombreamiento (cortinas, cubiertas).
En climas templados la situación es un pocomás compleja ya que debe priorizarse un buen sistema de iluminación natural, ganancias adecuadas en invierno y ventilación y sombreamiento en verano.
4.5.6.2. EN TECHOS
Un tragaluz o claraboya situado en el techo o la parte superior de una pared permite el ingreso de luz a la vivienda, en este caso lo más importante es el ingreso de radiación solar directa para proporcionar calor a los ambientes de la vivienda.







Figura N°30: Tragaluces ubicados en el techo de la vivienda modificada en San Francisco de Raymina para proporcionar luz y calor a la sala de la vivienda.
4.5.7 ALMACENAMIENTO TÉRMICO
Dependiendo de las características físicas, geométricas y ambientales de los materiales que conforman muros, techos y suelos de una vivienda; las condiciones climáticas exteriores pueden influir en mayor o menor grado sobre las temperaturas de los ambientes interiores.
Así pues, se habla de la inercia térmica de una pared como la capacidad de retener o almacenar el calor (incidente del sol u otras fuentes como el fogón de la cocina), de redistribuirlo en su propia masa e irradiarlo durante de noche. Si trabajásemos con muros de materiales ligeros, estos se calentarían o enfriarían en fase con la temperatura exterior o la incidencia del sol; sin embargo, si trabajásemos con materiales densos y de gran espesor, almacenaría mucho más calor, de tal forma que la oscilación de temperaturas en los muros sería menor (y más lenta) que en el caso de materiales ligeros.
En general, la redistribución del calor almacenado hacia el interior de la vivienda se puede dar con un desfase de horas. Se dice que un muro tiene una gran inercia térmica cuando el desfase entre los momentos de máxima temperatura de lafuente de calentamiento y del muro sea mayor, como se muestra en la Grafica Ns7 correspondiente a Vilcallamas Arriba-Puno.















Gráfica Ns 7: Curva (color azul) temperatura superficial interna, curva (color rosado) temperatura superficial externa, correspondiente a un adobe de 0.38m de espesor. ( ) representa el desfasaje de temperaturas.

4.5.8 INVERNADEROS
Se considera la colocación de invernaderos adosados a muros de algunos ambientes de una vivienda (dormitorios y sala) con la finalidad de que sean una fuente de calor y una protección contra los vientos fríos; además, el aire caliente en los invernaderos podría ingresar a los dormitorios a través de ductos de intercambio (aberturas) los cuales se deben ubicar en los muros de los dormitorios. La estructura de los invernaderos podría ser de madera y la cubierta de polietileno con protección especial anti UV.


RESULTADOS

A continuación se muestra una comparación entre el aislamiento térmico asociado a cada elemento de las viviendas en estudio, antes y después de las modificaciones constructivas propuestas.
Tabla N°7.
Antes de la modificación Después de la modificación
Componente constructivo Durabilidad (según fabricante) [años] Espesor [m] Conductividad térmica [W/(mK)] Resistencia térmica equivalente [(m²K)/W] Transmitancia térmica equivalente [W/(m²K)] Espesor [m] Conductividad térmica [W/(mK)] Resistencia térmica equivalente [(m²K)/W] Transmitancia térmica equivalente [W/(m²K)]
Muros 0.447 2.2 0.447 2.2
Adobe - 0.38 0.85 0.38 0.85
Techos 0.000002 500000 1.648 0.6
Fibrocemento 15 - - 0.004 0.18
Aire - - - 0.040.0246
Calamina metálica - 0.0005 237 0.0005 237
Suelos 0.385 2.6 3.44 0.3
Madera 5 - - 0.02 0.12
Aire - - - 0.07 0.0246
Piedra - - - 0.15 3.5
Tierra - 0.2 0.52 0.2 0.52
Ventanas 0.003 333.3 1.371 0.7
Cubierta de lana - - - 0.02 0.036
Aire - - - 0.02 0.0246
Vidrio - 0.003 1.028 0.003 1.028

Tabla Ns 7: Comparación entre el aislamiento térmico de cada elemento de la vivienda original con el aislamiento térmico propuesto en la configuración de modificación final.
(Fuente: Proyecto FINCyT - CER UNI 2009)

DESCRIPCIÓN, MATERIALES Y DIMENSIONES

A partir de las modificaciones realizadas y los resultados obtenidos en las viviendas de San Francisco de Raymina - Ayacucho y en Vilcallamas Arriba-Puno, se llevo a cabo el diseño y construcción del prototipo de viviendas bioconfortables experimentales para zonas altoandinas, cuyo detalles se presentan en el (Anexo detalles de las viviendas) de este informe.

CONCLUSIONES
A partir de las gráficas de flujo de energía se observa la influencia que puede ejercer el uso de un techo aislante térmico (ichu) o uno conductor térmico (calamina metálica) en los flujos de calor, sobre todo de noche. Por ello, es más adecuado usar techos aislantes para reducir las pérdidas nocturnas de energía.













Gráfica N°8: Energía transferida por unidad de tiempo por convección natural desde las superficies interiores hacia el aire del ambiente interior a lo largo de uno de los días más fríos en Vilcallamas Arriba (22-06-08), expresado en W. En éste caso se muestra la transferencia de energía asociada a los techos de ichu (1083kWh/ día). (CER UNI, 2009); ( ) En estos intervalos el calor sale de la vivienda.











Gráfica N°9: Energía transferida por unidad de tiempo por convección natural desde las superficies interiores hacia el aire del ambiente interior a lo largo de uno de los días más fríos en San Francisco de Raymina (06-07-08), expresado en W. En este caso se muestra la transferencia de energía asociada a los techos de calamina metálica (13207 kWh/ día) ( ) En estos intervalos el calor sale de la vivienda.
Se ha logrado rediseñar cada una de las dos viviendas en estudio con el fin de alcanzar condiciones de confort térmico en sus ambientes interiores.

Los cambios físicos introducidos en ambas viviendas son los que, en conjunto, generan el confort térmico buscado; las nuevas temperaturas oscilan entre 15°C y 20°C en la vivienda de San Francisco de Raymina, y 10°C y 17°C en la vivienda de Vilcallamas Arriba, en periodos fríos.

Considerando que 21°C, sería una temperatura relativamente elevada para los ambientes en estudio y el estilo de vida de sus habitantes y las horas del día en las que permanece dentro de su vivienda por periodos prolongados, como cuando duerme, estamos considerando como indicador térmico de confort temperaturas en el rango 13°C – 18°C.

Esta decisión es totalmente arbitraria y solo tendrá respaldo científico después de desarrollar un proceso experimental programado con el de incluir indicadores bioclimáticos para ambientes de altura en el rango de trabajo, es decir 3000 a 5000 msnm.

Acerca de los prototipos viviendas bioclimáticas rurales:

San Francisco de Raymina

Ambiente Resultado Térmico Explicación Técnica
Habitación 1y2 16sC - 22sCInvernadero adosado a los muros colindantes a las habitaciones
Sala - comedor 11sC - 17sC Sellado de las Ventana - techo aislado
Cocina 6.7sC – 12.8sC Fogón mejorado

Vilcallamas Arriba

Ambiente Resultado Térmico Explicación Técnica
Dormitorios 16sC – 18.5sC Invernadero adosado a los muros colindantes a las habitaciones
Cocina 9.5sC – 11.5sC Fogón mejorado

7. Se concluye que los ambientes orientados al norte son los más beneficiados. En Raymina estos ambientes fueron el dormitorio de Hijos y el ambiente de la sala y en Vilcallamas Arriba fueron los dormitorios.
8. Finalmente, esta investigación plantea una propuesta técnica que pretende ser un aporte en la solución del terrible problema generado por el friaje en las viviendas de las zonas altoandinas, que como es sabido cada año trae consecuencias mortales en niños y ancianos.

BIBLIOGRAFÍA
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Espinoza, R. et al. Análisis y diagnóstico térmico en viviendas altoandinas del Perú, trabajo expuesto en la XXXI reunión de la Asociación Argentina de Energía solar y ambiente, ASADES 2009; Mendoza, 11 al 14 de noviembre de 2008.
Espinoza, R. y Saavedra, G. (2007) Simulación preliminar del comportamiento térmico de una vivienda andina del Perú, en Los Edificios en el Futuro, Estrategias Bioclimáticas y sustentabilidad, Libro de Ponencias, Programa CYTED 2007, Pág. 95 – 104, Editores Helder Gonçalves y Susana Camelo INETI, Lisboa – Portugal.
Barrionuevo, R. y Espinoza, R., (2005) Edificaciones bioclimáticas en el Perú, en LosEdificios Bioclimáticos en los Países de Ibero América, Libro de ponencias, Programa CYTED 2005, Pág. 57-66, Editor Helder Gonçalves INETI, Lisboa – Portugal.
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Brack, A. y Mendiola, C. (2000), Ecología del Perú, Pág. 166 – 187, Asociación Editorial Bruño, Lima – Perú.
Kvisgaard, B. (2000) La Comodidad Térmica (Termal Comfort, Copyright © 1997 INNOVA Air Tech Instruments A/S, Denmark [Brüel &Kjær], traducción de Manuel Martín Monroy © 2000, Pág. 6-11
Threlkeld, J. L. (1973). Ingeniería del Ámbito Térmico, 1S edición, pp. 180-186, Prentice Hall Internacional, Madrid.
Incropera F. P. y DeWitt D. P. (1999). Fundamentos de transferencia de calor, 4ta edición, Pág.74 - 89. Prentice Hall, México
GRAHAM, P. (1995): Development and Validation of the unvented Trombe wall model in Energy Plus. Tesis de maestría dirigida por: PEDERSEN, C. y LIESEN, R. Faculta de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Illinois. (Inédita). Urbana-Illinois.
Olgyay, Víctor Arquitectura y Clima: Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas.- Traducción Ed. Gustavo Gili.- Barcelona 1998.

2. Real Academia Española Diccionario de la lengua española.- Vigésima segunda edición.- Tomo II.

Sitios de Internet

13.1. https://www.soliclima.com/arquitectura-bioclimatica/

13.2.
https://www.richardrogers.co.uk/

https://www.fosterandpartners.com/

ANEXOS
DETALLES DE LAS VIVIENDAS RURALES BIOCLIMATICAS EXPERIMENTALES CONSTRUIDAS.PROTOTIPO DE VIVIENDA RURAL BIOCLIMÁTICA EXPERIMENTAL CONSTRUIDA EN SAN FRANCISCO DE RAYMINA, VILCAHUAMÁN – AYACUCHO 3700 msnm.














GENERALIDADES
La vivienda rural bioclimática diseñada, con carácter de prototipo experimental, se encuentra ubicada en la comunidad de San Francisco de Raymina, distrito de Huambalpa, provincia de Vilcashuamán, región Ayacucho a 3.700 msnm.
La vivienda se encuentra sobre un lote de 100m2.
En el proyecto se realizaron estudios previos de la zona para establecer las características climatológicas del lugar. Estas informaciones nos fueron muy útiles e importantes para definir la ubicación del invernadero en la casa con el fin de aumentar la capacidad de absorción calórica de las paredes, asegurando así el mejor confort en el interior de la vivienda.
Se realizó un registro y análisis de otros factores que tenían incidencia negativa en el confort de la vivienda, como la humedad y el aire frío, llegándose a la conclusión que era necesario diseñar y construir un piso interior aislante térmico en los dormitorios, y disminuir filtraciones de aire y aislar el techo con materiales de la zona, como el ichu.
La arquitectura de la vivienda construida presenta características que respetan costumbres del lugar, este diseño comprende los siguientes ambientes: sala–comedor-cocina, dos dormitorios y un baño.
En vista que San Francisco de Raymina es una comunidademinentemente adobera y siendo el adobe un material de buen comportamiento térmico fue usado en la construcción de la vivienda. En el diseño de la vivienda se tuvo en cuenta que la comunidad no es una zona sísmica así como también se tuvo en cuenta las normas técnicas vigentes para la construcción de la vivienda rural.
Para la instalación de agua sanitaria se usó la red pública existente, proyectando un baño con lavatorio, taza y ducha.
También se instaló una terma solar para cubrir las necesidades de agua caliente y un sistema fotovoltaico para dotar de iluminación interior a la vivienda.
Siempre se buscó que la construcción de la vivienda experimental bioclimática sea de carácter didáctico - demostrativo, y se tuvo bastante interés de promover la participación de la comunidad organizada durante toda la ejecución de la obra.

FABRICACIÓN DE ADOBES

UNIDAD ADOBE

La unidad de adobe se fabricó con barro sin cocer, utilizando como estabilizante natural la paja o ichu.

Para la construcción de la vivienda se fabricaron 2700 adobes de 0.38 m x 0.38 m y 0.12 m. de espesor.
PREPARACIÓN DEL BARRO
Primero se ubicó una cantera cercana libre de piedras mayores de 0.05m y elementos extraños.
Con ese fin se eliminó una capa superficial orgánica (tierra negra) de 0.20 m de espesor no recomendable para hacer adobes. Para verificar si la tierra de la cantera era buena se tomó una porción de barro y se dejó una huella (palma de la mano o huella del pie), observándose que por estar bien definida tenía buenas condiciones para fabricar adobe, posteriormente se humedece totalmente la tierra arcillosa mezclándose uniformemente y deshaciendo las masas compactas existentes, y se fue añadiendo ichu de 0.10m, paraser mezclado con el barro hasta lograr una mezcla uniforme, esta tarea fue hecha por los comuneros sobre la base de su experiencia en ella.
Luego se deja en reposo durante 24 horas antes de proceder al moldeado.
Figura N° 31: Preparación del barro para la Figura N°32: Preparación del ichu elaboración de adobes requerido


MOLDEO

Para darle forma a los adobes se usaron moldes. El barro se distribuye en todo el volumen del molde. Se usó una reglilla para retirar los excesos de barro. Después de cada operación el molde se limpia y se deja mojado, para evitar que el barro se le adhiera.

Una vez elaborado los adobes se deja pasar entre 3 a 5 días para observar su consistencia y para manipularlos sin riesgo de dañarlos se les colocó en posición vertical para asegurar un secado más rápido, completo y uniforme.

Seguidamente de dejar los adobes en posición vertical se apilaron para que circule el aire entre ellos, hasta que complete su secado. El tiempo del secado de los adobes por las condiciones climáticas del lugar, fue de dos (2) semanas.


TENDALES

Para el secado del adobe se buscó un área o tendal limpio, nivelado y suficientemente extenso para ubicar la producción prevista de adobes, además libre de todo tránsito especialmente de animales y niños. Por motivo de las condiciones climáticas de la zona principalmente la helada, granizada y lluvia, se procedió a cubrir los adobes con plástico

Para evitar la adherencia entre el adobe y el tendal que puede generar grietas y rajaduras en los adobes, se aislaron con una capa de arena fina.









Figura N°33: Adobes para la vivienda
CIMENTACIÓN DE LA VIVIENDA

Laszanjas para la cimentación de la vivienda fueron de 0.80 m x 0.80 m y de 0.40 m x 0.40 m, para el invernadero. Las excavaciones se realizaron teniendo cuidado que las paredes y el fondo de las zanjas estén limpios y nivelados.

El cimiento se hizo con piedras grandes asentadas con barro, cuidando que queden totalmente embebidas en el barro, sin chocar unas con otras.
El sobre cimiento para la vivienda y los invernaderos fue de 0.40 m de ancho y de 0.30 m de altura.








Figura N°34: Trazo y replanteo de las zanjas Figura N°35: Excavación de zanjas
ALBAÑILERIA
ALZADO DEL MURO
Antes de realizar el alzado de los muros, se procedió a limpiar los adobes, con el fin de evitar problemas de resistencia por falta de adherencia entre adobe y mortero. Los adobes deben estar bien secos para que no sufra imperfecciones en su colocación.
El mortero se prepara con barro, que es una mezcla de tierra cernida, arcilla y agua, que sirve para pegar los adobes, tanto en forma horizontal como vertical durante el alzado de los muros, usualmente la capa de mortero tiene un espesor de 0.02 m. El alzado de los muros, se hizo verificando su verticalidad y alineamiento con ayuda de una plomada.
El alzado de los muros, se hizo a razón de 1.20 m por día (aproximadamente 9 hileras), con el fin de evitar que el mortero colocado entre los adobes en las primeras hiladas quede aplanado, con ello se garantizan los amarres entre hiladas, dejándose un día para que seque, pasado este día, se prosiguió con el avance del alzado de los muros según el plano de la vivienda.






Figura N°36: Proceso de levantamiento Figura Ns37: Alzado de muros de adobede muros de adobe 1.20m por día.

COLOCACIÓN DE LA VIGA COLLAR O SOLERA.

Dicha viga se construyó con madera aserrada seca de eucalipto, de 3” x 3” x 8m de largo, y piezas transversales colocadas cada 0.40 m., con una sección de 3” x 1 ½” x 0.16m de longitud. Los empalmes de la viga solera se hicieron en lo posible sobre la intersección de los muros, para lograr una adecuada estabilidad estructural.

En todos los encuentros esta viga collar está entrelazada firmemente para evitar que se abran, incluso para asegurar el agarre con los muros se asegura con alambre Ns8 a 0.4m, por debajo de la viga collar y en forma de cruz.

Esta viga constituye una parte fundamental e indispensable de la estructura. No sólo cumple la función de amarrar todos los muros, si no también distribuye uniformemente la carga sobre estos.
Una vez colocada la viga collar se procede a levantar el muro central o muro cumbrera por encima de ésta con 8 hiladas de adobe que hacen una altura de 1.2m, así como también los muros de los aleros del techo, ambos por encima de la viga collar, rellenando con barro, tanto los embarres entre las juntas así como el asentado de adobes, no debe pasar los 0.02m entre adobe y adobe. Se coloco también una viga collar en la cumbrera para la fijación de las viguetas de soporte del techo sobre ésta.








Figura Ns 38: Colocación de la viga solera o Figura Ns39: Detalle de los empalmes en viga collar cruce de muros

TECHADO DE LA VIVIENDA

El techo se hizo con viguetas de eucalipto seco de 2” x 6”x 6m de longitud,separados 0.86 m y apoyadas sobre la viga collar, dejando un alero de 0.40 m en todos los muros y una pendiente de caída del techo de 20°.
Figura Ns40: Colocación de viguetas de madera Figura Ns41: Colocación de capa de plástico y correas de madera
Las viguetas se cubrieron por completo de plástico, asegurándola con correas de madera de 2” x 2” x 5m de longitud. Entre el plástico y las correas de madera se coloco ichu y seguidamente se volvió a cubrir con plástico asegurado en las correas.
Finalmente se colocaron tejas sobre el plástico, un total de 3000 unidades traslapándolas 0.05 m. unas sobre otras, y fijándolas con una mezcla de cemento - yeso, en proporción 4 / 1.





Figura Ns42: Colocación de las tejas de arcilla. Figura Ns43: Detalle del sellado de tejas






Figura Ns44: Esquema ilustrativo del techo de la vivienda.
TARRAJEO DE LAS PAREDES
El tarrajeo se hizo con un mortero de barro, se aplicaron dos capas, previa limpieza y humedecimiento de las superficies. La primera capa aplicada es de 0.015 m de espesor (tierra arcillosa, ichu – 0.10 m - y agua), en una proporción de 1 / 1, se dejo secar un día, para posteriormente aplicar la segunda capa de 0.01m de espesor (tierra arcillosa – arena), en proporción de 2 / 1, añadiendo bosta (cernida), ichu y agua, en un volumen igual al del mortero de tierra arcillosa – arena.
Se elaboró una masa uniforme de barro para ser aplicada a todas las superficies y para dar un correcto acabado al trabajo.





Figura Ns45: Tarrajeo de los muros de la vivienda rural bioconfortable.
PISOS

Se aislaron los pisos de los dormitorios para evitar el ascenso de lahumedad y la pérdida de calor, de la siguiente manera
Apisonado de la tierra.
Colocar sucesivamente:
Una cama de piedra aproximadamente de 0.15m.
Troncos de madera de diámetro 0.07m.
Entablado con madera de pino machihembrada de 0.02m de espesor.
Clavar.









Figura Ns46: Cama de piedra para evitar el ascenso Figura Ns47: Piso entablado con de la humedad madera de pino machihembrado

CARPINTERIA Y CERRAJERIA

PUERTAS CONTRAPLACADAS

En la vivienda se instalaron 4 puertas contraplacadas de madera cedro. Cada puerta se colocó con marco de madera de 1 1/2” x 3 1/2”, con tres bisagras de tipo pesado, capuchinas de acero aluminizado, de primera calidad, de 3½”x 3½”.

VENTANAS

Se colocaron 4 ventanas con cedro de doble vidrio y marcos de madera, con puertas de madera distanciadas a 0.05m de las ventanas, sujetas con dos bisagras de tipo pesado de 2½”x 2½”.









Figura Ns48: Ventanas con marco de madera instaladas
CERRADURA DE PUERTAS

Las cerraduras instaladas en cada una de las puertas, son chapas de embutir, tipo cilíndrica, con dos perillas, con sistema de cinco pines, que tiene llave por ambos lados y con seguro interior.

VIDRIOS

Se utilizaron vidrios simples.
Para su colocación se usó masilla, aplicándose en forma uniforme, se limpiaron los vidrios y los marcos y demás trabajos terminados con anterioridad.

PINTURA

Se pintaron superficies de madera y los muros de la vivienda de la siguiente manera

Pintado de las superficies de madera:

Se lijaron y se pulieron las imperfecciones y se realizo la limpieza con una escobilla.
Cubrimiento de nudos ycontra hebras con mezcla de goma de laca y alcohol industrial.
Colocar base selladora(blanca)
Pintado final.

Pintado de los muros de la vivienda

Limpieza y lijado de las imperfecciones en los muros
Resanado de grietas y huecos.

Batido de la pintura en un recipiente para evitar asentamientos.
Pintado con brochas y rodillos.
Secado por 48 horas.











Figura N°49: Pintado de los muros de la sala de la vivienda rural bioclimática.
INVERNADERO EN LA VIVIENDA

Se encuentra ubicado en el lado este de la vivienda a lo largo de la pared que colinda con los 2 dormitorios, de 21.28m2 en el plano.
A continuación se detalla la construcción del invernadero en la vivienda:

Se hace el cimiento que contiene barro y piedra, de 0.40m de ancho por 0.40m de profundidad
Se hacen agujeros donde se colocaran los postes de madera de eucalipto de 4”x2”de longitud variable, separados 0.8m.
Se hace un sobre cimiento de 0.40mx0.30m donde se colocan listones de 2”x2” y de longitud variable, transversales a los postes.
Se hace un murete de 0.60m de altura para asegurar los postes de eucalipto.
Se cubre la estructura de madera con polietileno anti UV.













Figura Ns50: Estructura de madera del Figura Ns51: Invernadero terminado invernadero.

FOGÓN MEJORADO

Este fogón cuenta con un horno metálico útil para la preparación de determinados productos que requieren más tiempo de cocción.

Las dimensiones del fogón mejorado son 1.5m de largo por 0.7m de ancho y con una altura de 1.2m

A continuación se detalla la construcción del fogón mejorado

Nivelar el piso, previa selección de las dimensiones del fogón mejorado.
Se coloca ynivela una base de piedras (aprox. 0.10m de altura) empleando el mortero.
Se coloca la primera hilada de adobe.
Se arma el cenicero del fogón y del horno.
Se construye el hogar o cámara de combustión del fogón.
Se arman las hornillas del fogón
Construcción del horno.
Construcción del hogar o cámara de combustión para el horno.
Construcción de las paredes del horno.
Construcción del techo del horno.
Colocación y fijación de la chimenea.
Tarrajeo con barro o arcilla
Dejar secar 3 a más días.












Figura N°52: Unidades de adobe hecho con arcilla Figura Ns53: Fogón Mejorado
para la construcción de la cocina mejorada.


INSTALACIONES REALIZADAS EN LA VIVIENDA

TERMA SOLAR

En la vivienda también se instaló una terma solar de 120 litros de capacidad sobre su techo, la cual transforma la energía proporcionada por la radiación solar en energía térmica para calentar el agua.

La terma solar la conforman los siguientes componentes

Dos (2) colectores solares conectados en paralelo, la dimensión de cada colector es 0.70 m x 1.50 m.
1 tanque con capacidad de 120 litros de agua.
Conexiones y válvulas de tubería de agua caliente entre los colectores, el tanque y la ducha.










Figura Ns54: Terma solar instalada en el techo Figura Ns55: En primer plano los 2 de la vivienda colectores y al fondo el tanque térmico

Las conexiones hacia la ducha de la vivienda se hicieron usando tubos de PVC de ½’’ para el agua fría, así como también tubos de ½’’ de PVC para agua caliente, y además codos, uniones, Tes, todos de ½’’, pegamento para agua caliente.Para el suministro de agua a la ducha se instalaron válvulas para agua fría y caliente, los cuales sirven para regular la temperatura del agua de baño.

SISTEMA FOTOVOLTAICO

En la vivienda se instaló un sistema fotovoltaico para transformar la energía proporcionada por la radiación solar en energía eléctrica, que a la vez es almacenada en una batería desde donde se alimentan a lámparas fluorescente compactas de 12V DC, mayormente se utilizan de noche.

El sistema fotovoltaico lo conforman los siguientes componentes

1 modulo fotovoltaico policristalino de 75 Wp.
1 controlador de carga de 10 A y 12V DC.
1 batería solar de 85 Ah.
5 lámparas fluorescentes compactas de luz blanca, 11W a 12V DC.











Figura Ns56: Modulo fotovoltaico instalado. Figura Ns57: Controlador de cargas del sistema fotovoltaico.
VIVIENDA RURAL BIOCLIMÁTICA EXPERIMENTAL CONSTRUIDA













Figura Ns58: Vivienda rural Bioclimática experimental construida en San Francisco de Raymina – Vilcashuamán Ayacucho, 3700 m.s.n.m










Figura Ns59: Vista posterior de la vivienda rural bioconfortable







Figura Ns60: Ductos para el intercambio de aire en la habitación de los hijos con el invernadero







Figura Ns61: Techo interior de la vivienda rural bioconfortable
















Figura Ns 62: Fogón mejorado instalado Figura Ns63: Piso de madera machihembrada
vivienda rural bioconfortable. en los dormitorios.





















PROTOTIPO DE VIVIENDA RURALBIOCLIMÁTICA EXPERIMENTAL CONSTRUIDA EN VILCALLAMAS ARRIBA, CHUCUITO - PUNO
4 500 msnm















GENERALIDADES

La vivienda rural bioclimática diseñada, con carácter de prototipo experimental, se encuentra ubicada en la comunidad de Vilcallamas Arriba, distrito Pisacoma, provincia de Chucuito, región Puno a 4500 msnm.
La vivienda se encuentra sobre un lote de 100.8 m2.
En el proyecto se realizaron estudios previos de la zona para establecer las características climatológicas del lugar. Estas informaciones nos fueron muy útiles e importantes para definir la ubicación del invernadero en la casa con el fin de poder aumentar la capacidad de absorción calórica de las paredes, asegurando así el mejor confort en el interior de la vivienda.
Se realizó un registro y análisis de otros factores que tenían incidencia negativa en el confort de la vivienda, como la humedad y el aire frío, llegándose a la conclusión que era necesario diseñar y construir un piso interior aislante térmico en los dormitorios, y disminuir filtraciones de aire para así obtener las mejores condiciones de confort.
La arquitectura de la vivienda construida presenta características que respetan las costumbres del lugar, este diseño comprende los siguientes ambientes: sala–comedor-cocina, dos dormitorios y un baño.
En vista que Vilcallamas Arriba es una comunidad eminentemente adobera y siendo el adobe un material de buen comportamiento térmico fue usado en la construcción de la vivienda, que tienecaracterística sismo resistente. En el diseño de la vivienda se tuvo en cuenta que la comunidad no es una zona sísmica así como también se tuvo en cuenta las normas técnicas vigentes para la construcción de la vivienda rural.
Para la instalación de agua sanitaria se usó la red pública existente, proyectando un baño con lavatorio, taza y ducha.
También se instaló una terma solar para cubrir las necesidades de agua caliente y un sistema fotovoltaico para dotar de iluminación interior a la vivienda.
Siempre se buscó que la construcción de la vivienda experimental bioclimática sea de carácter didáctico - demostrativo, y se tuvo bastante interés de promover la participación de la comunidad organizada durante toda la ejecución de la obra.





FABRICACION DE ADOBES

UNIDAD ADOBE

La unidad de adobe se fabricó con barro sin cocer, utilizando como estabilizante natural la paja o ichu.

Para la construcción de la vivienda se fabricaron 2200 adobes de 0.38 m x 0.38 m y 0.12 m. de espesor.

PREPARACIÓN DEL BARRO
Primero se ubicó una cantera cercana libre de piedras mayores de 0.05m y elementos extraños.
Con ese fin se eliminó una capa superficial orgánica (tierra negra) de 0.20 m de espesor, no recomendable para hacer adobes.
Para verificar si la tierra de la cantera era buena se tomó una porción de barro y se dejó una huella (palma de la mano o huella del pie), observándose que por estar bien definida tenía buenas condiciones para fabricar adobe, posteriormente se humedece totalmente la tierra arcillosa mezclándose uniformemente y deshaciendo las masas compactas existentes, y se fue añadiendo ichu de 0.10m, para ser mezclado con el barro hasta lograr una mezcla uniforme, esta tarea fue hecha por loscomuneros sobre la base de su experiencia en ella.
Luego se deja en reposo durante 24 horas antes de proceder al moldeado.

MOLDEO

Para darle forma a los adobes se usaron moldes.
El barro se distribuye en todo el volumen del molde. Se usó una reglilla para retirar los excesos de barro. Después de cada operación el molde se limpia y se deja mojado, para evitar que el barro se le adhiera.

Una vez elaborado los adobes se deja pasar entre 3 a 5 días para observar su consistencia y para manipularlos sin riesgo de dañarlos se les colocó en posición vertical para asegurar un secado más rápido, completo y uniforme.

Seguidamente de dejar los adobes en posición vertical se apilaron para que circule el aire entre ellos, hasta que complete su secado. El tiempo del secado de los adobes por las condiciones climáticas del lugar, fue de dos (2) semanas.



TENDALES

Para el secado del adobe se buscó un área o tendal limpio, nivelado y suficientemente extenso para ubicar la producción prevista de adobes, además libre de todo tránsito especialmente de animales y niños. Por motivo de las condiciones climáticas de la zona principalmente la helada, granizada y lluvia, se procedió a cubrir los adobes con plástico

Para evitar la adherencia entre el adobe y el tendal que puede generar grietas y rajaduras en los adobes, se aislaron con una capa de arena fina.








Figura N°64: Adobes moldeados en el tendal para su secado








Figura N°65: Elaboración de Adobes para viviendas

CIMENTACIÓN DE LA VIVIENDA

Las zanjas para la cimentación de la vivienda fueron de 0.80 m x 0.80 m y de 0.40 m x 0.40 m, para el invernadero. Lasexcavaciones se realizaron teniendo cuidado que las paredes y el fondo de las zanjas estén limpios y nivelados. El cimiento se hizo con piedras grandes asentadas con barro, cuidando que queden totalmente embebidas en el barro, sin chocar unas con otras.

El sobre cimiento para la vivienda y los invernaderos fue de 0.40 m de ancho y de 0.30 m de altura.












Figura N°66: Cimentación de la vivienda en Vilcallamas Arriba.

ALBAÑILERIA
ALZADO DEL MURO
Antes de realizar el alzado de los muros, se procedió a limpiar los adobes, con el fin de evitar problemas de resistencia por falta de adherencia entre adobe y mortero. Los adobes deben estar bien secos para que no sufra imperfecciones en su colocación.
El mortero se prepara con barro, que es una mezcla de tierra cernida, arcilla y agua, que sirve para pegar los adobes, tanto en forma horizontal como vertical durante el alzado de los muros, usualmente la capa de mortero tiene un espesor de 0.02 m. El alzado de los muros, se hizo verificando su verticalidad y alineamiento con ayuda de una plomada.
El alzado de los muros, se hizo a razón de 1.20 m por día (aproximadamente 9 hileras), con el fin de evitar que el mortero colocado entre los adobes en las primeras hiladas quede aplanado, con ello se garantizan los amarres entre hiladas, dejándose un día para que seque, pasado este día, se prosiguió con el avance del alzado de los muros según el plano de la vivienda.

COLOCACIÓN DE LA VIGA COLLAR O SOLERA.

Dicha viga se construyó con madera aserrada seca abano, de 4” x 2.5” x 4m de largo, y piezas transversales colocadas cada 0.40 m., con una sección de 3” x 1 ½” x 0.16m de longitud. Los empalmes de la viga solera se hicieron en loposible sobre la intersección de los muros, para lograr una adecuada estabilidad estructural.

Las vigas se colocan sobre los muros que están a una altura de 2.15m, se usaron 36 con estas dimensiones entrecruzados tipo escalera cada 0.8m con listones de 2’’x2’’x0.4m.
En todos los encuentros esta viga collar está entrelazada firmemente para evitar que se abran, incluso para asegurar el agarre con los muros se asegura con alambre Ns8 a 0.4m, por debajo de la viga collar y en forma de cruz.








Figura N°67: Armado de la viga collar o solera. Figura N°68: Viga collar.

Esta viga constituye una parte fundamental e indispensable de la estructura. No sólo cumple la función de amarrar todos los muros, si no también distribuye uniformemente la carga sobre estos.

Una vez colocada la viga collar se procede a levantar el muro central o muro cumbrera por encima de ésta con 8 hiladas de adobe que hacen una altura de 1.2m, así como también los muros de los aleros del techo, ambos por encima de la viga collar, rellenando con barro, tanto los embarres entre las juntas así como el asentado de adobes, no debe pasar los 0.02m entre adobe y adobe. Se coloco también una viga collar en la cumbrera para la fijación de las viguetas de soporte del techo sobre ésta.








Figura N°69: Etapa levantamiento muro cumbrera Figura N°70: Muro cumbrera


TECHADO DE LA VIVIENDA
El techo se hizo con viguetas de eucalipto para lo cual se usaron 24 rollizos de eucalipto de 4’’ de diámetro y 6m de largo, 12 por cada ala de la casa separados 0.50m y apoyadas sobre la viga collar, dejando un alero de 0.35m en todos losmuros y una pendiente de caída del techo de 20s, para asegurarlas se usaron clavos de 5” y 6’’.
Terminado de colocar los rollizos en el techo, se preparó la arcilla para la elaboración del ‘’tumbado’’







Figura N°71: Colocación viguetas techo Figura N°72: Armado final estructura del techo

ELABORACIÓN DEL ‘’TUMBADO’’

La elaboración del Tumbado se llevo a cabo de la siguiente manera
Se requieren 5 carretillas de arcilla, en este caso arcilla negra.
Se deja secar por una semana aproximadamente, se cierne para la obtención de granos finos, se mezclan con agua.
Para la preparación de la mezcla de arcilla y agua, se coloca la arcilla sobre una manta de plástico en el suelo, se añade agua a la mezcla conforme se va pisoteando.(técnica de la comunidad)
La mezcla se deja reposar por una noche y se cubre con plástico para que no se mezcle con elementos extraños.
Al día siguiente se vuele a pisotear hasta obtener una textura cremosa.
Se busca un lugar limpio de elementos y objetos extraños y se elabora una cama de ichu de 8m x 4.70m (las dimensiones del techo 7.60mx4.50m).
La cama de ichu se forma de tal manera que se amarren firmemente entre ellos.
Se aplana la cama de ichu, con un rollizo de eucalipto o con algún objeto largo y cilíndrico.
Se coloca la mezcla de arcilla sobre el ichu y se apisona firmemente agregando agua para que no se seque la mezcla, hasta obtener un espesor de 0.015m de espesor.
Se corta la cama conformada por ichu y arcilla de acuerdo a las dimensiones del techo de la vivienda para ser colocados posteriormente.










Figura N°73: Preparación mezcla arcilla-agua. Figura N°74: Pisoneado firme de la mezclaFigura N°75: Preparación de la cama de Figura N°76: Aplanado de las camas de ichu.
ichu para el tumbado








Figura N°77: Elaboración del “Tumbado” Figura N°78: Desenrollado del tumbado en el techo de la vivienda

Las viguetas se cubrieron por completo por el tumbado, asegurándolas con listones de 2’’x2’’x0.35m clavados sobre los rollizos cada 0.80m. Entre los listones de madera y el tumbado se colocó ichu, seguidamente de coloca calamina metálica obteniéndose la configuración: tumbado-calamina. Finalmente se cubre todo el techo de calamina con ichu. Para el techo se usaron 60 calaminas metálicas de 0.8m de ancho por 1.8m de largo y 7kg de clavos de 3” para calamina.








Figura N°79: Colocación de ichu en el Figura N° 80: Colocación de ichu sobre calamina
Techo


TARRAJEO DE LAS PAREDES

Para el tarrajeo interior de todo el ambiente de la vivienda se usaron 85 bolsas de yeso, cada bolsa de yeco contiene 24kg, Por cada bolsa de yeso se tarrajeo 2.5m2 de superficie con un espesor de 0.01m.

El tarrajeo se realizo de la siguiente manera
Limpieza de las zonas a recubrir.
Se mezcla el yeso con agua para lograr mejor adherencia en los muros.
Tarrajeo de los muros.

Para el tarrajeo exterior de la vivienda, se usaron 25 bolsas de y 2 bolsas de cemento para el zócalo respectivo.






Figura N°81: Tarrajeo interior

PISOS

Se aislaron los pisos de los dormitorios para evitar el ascenso de la humedad y la pérdida de calor, de la siguiente manera
Apisonado de la tierra.
Colocar sucesivamente:
Una cama de piedra aproximadamente de 0.15m.
Troncos de madera de diámetro 0.07m.
Entablado con madera de pino machihembrada de 0.02mde espesor.
Clavar.








Figura N°82: Nivelación de piso. Figura N°83: Colocación de madera pino machimbrados
INVERNADEROS EN LA VIVIENDA
INVERNADERO ESTE
Se encuentra ubicado a lo largo de la pared que colinda con cocina – comedor – sala y el dormitorio este, sus dimensiones son de 7.60m de largo por 2m de ancho.
A continuación se detalla la construcción del invernadero en la vivienda:

Se hace el cimiento que contiene barro y piedra, de 0.40m de ancho por 0.40m de profundidad
Se hacen agujeros donde se colocaran 9 postes de madera de eucalipto de 4”x2”x2.5m, separados 0.75m.
Se hace un murete de 0.60m de altura para asegurar los postes de eucalipto.
Se colocan 3 listones de 2”x2” 3.4m, transversales a los postes donde se coloca polietileno anti UV de 10m largo x1.5m ancho.
Para techar la estructura de madera se usaron 17 unidades de calamina transparente de 1.8mx0.8m.






Figura Ns84: Esquema de la estructura del invernadero este





Figura N°85: Techado del invernadero este Figura N°86: Invernadero terminado.
con calamina transparente.
INVERNADERO OESTE

Este invernadero mide 4m de largo por 2m de ancho y esta adosado al dormitorio oeste.

De la misma forma que el invernadero este, los postes verticales de madera van empotrados esta vez sobre un murete de adobe de 0.50m de altura.
Para el techado del invernadero oeste se usaron 9 calaminas transparentes y 12m de largo por 1.5m de ancho de manta de polietileno anti UV, para las paredes.





Figura N°87: invernadero oeste terminado

MUROS TROMBE

Se encuentran empotradas sobre la pared de la casa como especie de marcos contiguos a losdormitorios mirando hacia el norte.

Seleccionar el área de la pared donde ira el muro trombe mirando al norte.
Realización de 4 ductos para el intercambio de aire(aire caliente – aire frio)
Pintar de color negro el área seleccionada.
Colocación de marcos de madera empotrado sobre la pared 0.05m.
Colocación de la cubierta de polietileno anti UV (la separación entre el plástico y la pared es de 0.10m).







Figura N°88: muros trombe instalados.
FOGÓN MEJORADO

Este fogón cuenta con un horno metálico útil para la preparación de determinados productos que requieren más tiempo de cocción.

Las dimensiones del fogón mejorado son 1.5m de largo por 0.7m de ancho y con una altura de 1.2m
A continuación se detalla la construcción del fogón mejorado

Nivelar el piso, previa selección de las dimensiones del fogón mejorado.
Se coloca y nivela una base de piedras (aprox. 0.10m de altura) empleando el mortero.
Se coloca la primera hilada de adobe.
Se arma el cenicero del fogón y del horno.
Se construye el hogar o cámara de combustión del fogón.
Se arman las hornillas del fogón
Construcción del horno.
Construcción del hogar o cámara de combustión para el horno.
Construcción de las paredes del horno.
Construcción del techo del horno.
Colocación y fijación de la chimenea.
Tarrajeo con barro o arcilla
Dejar secar 3 a más días.








Figura N°89: Fogón mejorado
CARPINTERIA Y CERRAJERIA

PUERTAS - VENTANAS
En la vivienda se instalaron 6 puertas de madera tornillo de 0.8mx2.10m con tragaluces de 0.70m de largo por 0.30m de ancho, se colocaron 2 ventanas de madera con vidrio simple, de 0.8mx0.8m para uno de los dormitorios, yotra ventana corrediza para el baño de la vivienda de 0.8mx0.4m.






Figura N°90: Ventana de madera

BAÑO

Se realizó un enmallado de las paredes con alambres de fierro Ns8 antes de ser revestidos con hormigón y cemento, en la ducha cuyas medidas son de 0.70m de ancho 2m de largo y 1.70m de altura, se colocó cerámica para el piso y mayólicas para las paredes, además una taza y un lavadero.
Para las conexiones de agua y desagüe se utilizaron tubos de PVC de ½’’, y de 2’’. El desagüe está conectado a un pozo séptico mediante tubos de PVC de 4’’ de diámetro y a 15m de la casa, con una pendiente de caída de 5s, además de ello se coloco un falso piso pulido de hormigón con cemento.






Figura N°91: Enmallado de paredes para el tarrajeo con concreto
(hormigón + cemento).
VIDRIOS

Se utilizaron vidrios simples.
Para su colocación se usó masilla, aplicándose en forma uniforme, se limpiaron los vidrios y los marcos y demás trabajos terminados con anterioridad.

PINTURA

Se pintaron superficies de madera y los muros de la vivienda de la siguiente manera

Pintado de las superficies de madera:

Se lijaron y se pulieron las imperfecciones y se realizó la limpieza con una escobilla.
Cubrimiento de nudos y contra hebras con mezcla de goma de laca y alcohol industrial.
Colocar base selladora(blanca)
Pintado final.

Pintado de los muros de la vivienda

Limpieza y lijado de las imperfecciones en los muros dejados por el yeso.

Resanado de grietas y huecos.
Batido de la pintura en un recipiente para evitar asentamientos.
Pintado con brochas y rodillos.
Secado por 48 horas.

INSTALACIONES REALIZADAS EN LA VIVIENDA
SISTEMA FOTOVOLTAICO

En la vivienda se instaló un sistemafotovoltaico para transformar la energía proporcionada por la radiación solar en energía eléctrica, que a la vez es almacenada en una batería desde donde se alimentan a lámparas fluorescente compactas de 12V DC, mayormente se utilizan de noche.

El sistema fotovoltaico lo conforman los siguientes componentes

1 modulo fotovoltaico policristalino de 75 Wp.
1 controlador de carga de 10 A y 12V DC.
1 batería solar de 85 Ah.
5 lámparas fluorescentes compactas de luz blanca, 11W a 12V DC.







Figura Ns92: Controlador de cargas del sistema fotovoltaico.
TERMA SOLAR

En la vivienda también se instaló una terma solar de 70 litros de capacidad sobre su techo, la cual transforma la energía proporcionada por la radiación solar en energía térmica para calentar el agua.

La terma solar la conforman los siguientes componentes

Un tanque acumulador de fierro galvanizado de 1.40mx0.65m
Polietileno anti UV.
Un bidón de plástico de 70 litros el cual controla la presión dentro del tanque acumulador.
Conexiones y válvulas de tubería de agua caliente entre la terma solar, el tanque y la ducha.









Figura Ns93: Terma solar, tanque acumulador.
VIVIENDA RURAL BIOCLIMÁTICA EXPERIMENTAL CONSTRUIDA








Figura Ns94: Vivienda rural bioclimática experimental construida en Vilcallamas Arriba – Chucuito – Puno, 4500 m.s.n.m














Figura s Ns95 y Ns96: Diferentes vistas del invernadero este instalado en la vivienda rural bioclimática.







Figura Ns97: Vista interior del techo de la vivienda.








Figura Ns98: Vista del invernadero oesteinstalado en la vivienda rural bioclimática.











Figura Ns100: Techo de la vivienda rural bioconfortable
Figura Ns 99: Fogón mejorado

















Plano de la vivienda rural bioconfortable en San Francisco de Raymina

















Plano de la vivienda rural bioconfortable en V ilcallamas Arriba
VIVIENDAS MODIFICADAS

DATOS EXPERIEMNTALES DE TEMPERATURA

SAN FRANCISCO DE RAYMINA













































VILCALLAMAS ARRIBA














































TABLAS Y GRAFICOS.
8.21. PROPIEDADES FÍSICAS DE MATERIALES
























8.2.2.
INDICADORES BIOCLIMÁTICOS
INDICADORES DE CONFORT

Auliciems
Givoni
Olgyay
Mahoney
Evans
Fanger
Mime
Otros




Tn = 11.9 + 0.534xTm (Humphreys, 1976) Donde:
Tn = 17.6 + 0.31xTm (Auliciems, 1980) Tn = Temperatura neutra
Tn = 9.22 + 0.48xTa + 0.14xTm (Auliciems, 1981) Tm =Temperatura media ext.
Tn = 12.1 + 0.534xTm (Griffiths, 1990) Ta = Temperatura ambiente
Tn = 17.0 + 0.38xTm (Nicol, 1996)


CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY

La carta bioclimática de Olgyay distingue la influencia de cuatro variables importantes del entorno: temperatura del aire, humedad relativa, radiación y movimiento del aire, e indica también su interacción. Esto permite determinar una zona de confort dentro de la carta psicométrica.

















CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI
Este método se aplica para obtener las condiciones de bienestar térmico en edificaciones, definiendo zonas de confort y planteando las estrategias necesarias para que se pueda llegar a esa zona vía dispositivos tales como: masa térmica, viento, enfriamiento evaporativo, calor radiante, humidificación, etc.















PREDICTED MEAN VOTE (FANGER, 1970
El índice PMV (Predicted Mean Vote) [también conocido como el índice de valor medio IVM], predice el valor medio de la sensación subjetiva de un grupo de personas en un ambiente determinado. La escala tiene un rango de sensación térmica de 7 puntos, desde -3(frio) a +3(caliente), donde el 0 representa una sensación térmica neutra.
A continuación se muestra la ecuación que relaciona el método de Fanger.












Donde:

PMV: índice de valor medio
M: metabolismo (W/m2)
W: trabajo externo, nulo para la mayoría de los casos (W/m2)
Iclo: resistencia térmica del vestido, (clo)
fclo: relación entre el área del cuerpo vestido y el área del cuerpo desnudo
ta: temperatura del aire, (sC)
TRM: temperatura radiante media
Va: velocidad relativa delaire, (m/s)
pa: presión parcial del vapor de agua, (Pa)
hc: coeficiente de convección, [W/m2K]
tclo: temperatura de la superficie del vestido, (sC)






PET (Mime)










DIAGRAMAS DE ISOREQUERIMIENTOS Y SENSACIÓN HIGROTÉRMICA













AISLAMIENTO TÉRMICO DE PRENDAS DE VESTIR

1 clo = 0,155 m²×K/W
Prendas de vestir Clo m²K/W Clo m²K/W
Ropa interior inferior Medias 0.02 0.003 Chaqueta De vestido 0.13 0.020
Panty 0.03 0.005 Chaqueta ligera de verano 0.25 0.039
Bragas y calzoncillos 0.04 0.006 Chaqueta 0.35 0.054
Calzoncillo 1/2 pierna de lana 0.06 0.009 Anorak 0.3 0.047
Calzoncillo pierna entera 0.1 0.016 Abrigos Abrigo 0.6 0.093
Ropa interior superior Sujetador 0.01 0.002 Gabardina 0.55 0.085
Camiseta sin mangas 0.06 0.009 Parka 0.7 0.109
Camiseta manga corta 0.09 0.014 Sobreabrigo multicomponente 0.52 0.081
Camiseta manga larga 0.12 0.019 Calzado Calcetines 0.02 0.003
Camiseta térmica nylon 0,14 0.022 Calcetines gruesos tobillos 0.05 0.008
Camisas Top de tubo 0.06 0.009 Calcetines gruesos largos 0.1 0.016
Camisa manga corta 0.09 0.014 Zapatillas, rellena de peluche 0.03 0.005
Blusa ligera, manga larga 0.15 0.023 Zapato suela fina 0.02 0.003
Camisa ligera, manga larga 0.2 0.031 Zapato suela grasa 0.04 0.006
Camisa normal, manga larga 0.25 0.039 Botas 0.1 0.016
Camisa franela, manga larga 0.3 0.047 Guantes 0.05 0.008
Blusa larga de cuello cisne 0.34 0.053







Prendas de vestir Clo m²K/W Clo m²K/W
Pantalones Pantalones cortos 0.06 0.009 Falda, vestido Falda ligera, 15 cm sobre rodilla 0.1 0.016
Pantalones cortos de excursión 0.11 0.017 Falda ligera, 15 cm bajorodilla 0.18 0.028
Pantalones ligeros 0.2 0.031 Falda gruesa hasta la rodilla 0.25 0.039
Pantalones normales 0.25 0.039 Vestido ligero sin mangas 0.25 0.039
Pantalones de franela 0.28 0.043 Vestido de invierno manga larga 0.4 0.062
Pantalones de chandal 0.28 0.043 Ropa de cama Camisón largo de manga larga 0.3 0.047
Mono De diario, con cinturón 0.49 0.076 Camisón corto de tirantes 0.15 0.023
De trabajo 0.50 0.078 Camisón de hospital 0.31 0.048
De alto aislamiento Multicomponente, relleno 1.03 0.160 Pijama de mangas y pantalones largos 0.5 0.078
Con forro de peluche 1.13 0.175 Body de dormir con pies 0.72 0.112
Suéter Chaleco 0.12 0.019 Batas Pantalón corto 0.1 0.016
Suéter fino 0.2 0.031 Bata larga acolchada de manga larga 0.53 0.082
Suéter fino cuello de cisne 0.26 0.040 Asientos Bata corta acolchada de manga larga 0.41 0.064
Suéter normal 0.28 0.043 Madera o metal 0 0
Suéter grueso 0.35 0.054 Tapizado acolchado, con cojín 0.1 0.016
Suéter grueso cuello de cisne 0.37 0.057 Sillón 0.2 0.031
(Fuente: kvisgaard, 1997).




ESQUEMAS ILUSTRATIVOS





















































INFORMACIÓN TÉCNICA DE APOYO




























BALANCE DE ENERGÍA PARA EL AIRE DENTRO DE UNA HABITACIÓN
Puesto que las superficies interiores de una habitación se caracterizan por ser: paredes planas verticales, superficies planas horizontales, superficies planas con cierta inclinación; y puesto que la transferencia de calor entre dichas superficies interiores y el aire ambiente interior es por convección natural (se considera que el intercambio de energía por radiaciónes sólo entre superficies y su efecto se reproduce en las temperaturas superficiales de paredes, techos, etc.); se pueden utilizar relaciones empíricas (asociadas a las geometrías de las superficies) para determinar coeficientes de convección peliculares, (Churchill, 1975).
Este planteamiento deja ver que el aire dentro de una habitación se calienta o enfría exclusivamente por flujos de calor convectivos entre superficies y aire. Se considera un flujo de calor por convección natural porque no exuisten ventiladores ni maquinas similares que lo impulsen y su movimiento es para efecto de su calentamiento que genera perdida de peso.
Tomando en cuenta las consideraciones mencionadas, la ecuación de balance de energía para un volumen de control del aire dentro de una habitación en cada instante será:


…(1)

Donde:
q ̇_(DE TODAS LAS SUPERFICIES) = suma de flujos de calor convectivos
naturales desde cada superficie hacia el aire o a la inversa de la habitación
= Temperatura del aire exterior que ingresa a la zona térmica
= Calor específico del aire de la habitación
= Velocidad con lo que el aire
de la habitación es renovado
= volumen del aire de la habitación
y a lo largo de todo el día será:


…(2)
En esta ecuación se considera que es una función armónica (seno o coseno con periodo T = 24 horas), por lo tanto también lo es, y la integral de esta derivada a lo largo del día es nula. Por lo tanto la ecuación (2) se reduce a:

3)


Ésta ecuación pone en evidencia que si se eliminaran completamente las infiltraciones en la habitación, la energía neta transmitida desde las superficies interiores al aire debería ser nula.
De las ecuaciones (2) y (3) sededuce que las infiltraciones influyen directamente sobre la temperatura del aire de la habitación a lo largo del día.

TÉCNICAS COMPUTACIONALES

Energy Plus
Energy
Plus es un programa de uso libre que tiene sus raíces en los programas BLAST (Building Loads Analysis and System Thermodynamics) y DOE-2. Estos programas son herramientas de simulación de energía y carga térmica. Su público objetivo fueron ingenieros de diseño y arquitectos que deseaban dimensionar apropiadamente equipos de Acondicionamiento-Ventilación-Calentamiento de Aire (HVAC, sigla en inglés), desarrollar estudios de retro-alimentación para análisis de costo de ciclo de vida de equipos, optimización del desempeño de energía, etc. Energy Plus tuvo su origen por consideraciones realizadas luego de la crisis de energía de inicios de los 70s y el reconocimiento de que el consumo energético en edificios era (y es) uno de los mayores componentes dentro de las estadísticas americanas de uso de energía. Los dos programas predecesores intentaron resolver el mismo problema desde perspectivas ligeramente distintas. Ambos programas tiene sus méritos y limitaciones, sus patrocinadores y detractores, sus sólidas bases de usuarios tanto nacionales como internacionales.
Como sus programas madre, Energy Plus es un programa de análisis de energía y simulación de cargas térmicas. Se basa en la descripción del edificio por parte del usuario, esto desde la perspectiva de la realización física del edificio, sistemas mecánicos asociados, etc. Energy Plus calcula las cargas de calentamiento y enfriamiento necesarios para mantener puntos establecidos de control térmico, condiciones asociadas a sistemas secundarios de HVAC, cargas de enfriamiento y la energía consumidapor equipos primarios de planta (asociado a calentamiento o enfriamiento de agua para el funcionamiento de equipos), así como otros detalles que son necesarios para verificar que la simulación se está realizando en la forma en que el edificio real lo haría. Muchas de las características de la simulación han sido heredadas de los programas madre BLAST y DOE-2. A continuación se lista algunas de las características del programa en el primer lanzamiento de Energy Plus. La intención de publicar esta lista es dar una idea del rigor y aplicabilidad de Energy Plus para variadas situaciones.
Integración, soluciones simultaneas donde la respuesta del edificio, los sistemas primarios y secundarios están estrechamente acoplados (iteraciones son realizadas cuando son necesarias).
Fracciones de hora, pasos de tiempo definidos por el usuario para la interacción entre zonas térmicas y medio ambiente; además, se dan pasos de tiempo variables para interacciones entre zonas térmicas y sistemas HVAC (estos varían automáticamente para asegurar la estabilidad de la solución).
Condiciones climáticas, archivos de entrada y archivos de salida basados en textos ASCII, incluye condiciones ambientales horarias o de fracciones de hora, reportes estándar o definidos por el usuario.
Balance de energía basado en técnicas de solución para cargas térmicas de edificios, esto permite cálculos simultáneos de efectos convectivos y radiactivos en superficies exteriores e interiores durante cada paso de tiempo.
Conducción transitoria de calor, a través de elementos del edificio tales como paredes, techos, pisos, etc., usando funciones de transferencia de calor por conducción.
Modelos mejorados de transferencia de calor por el suelo, através de enlaces a modelos de diferencia finita tridimensional y técnicas analíticas simplificadas.
Modelos combinados de transferencia de masa y energía que consideran la absorción/des-absorción de humedad, esto mediante una integración capa por capa dentro de las funciones de transferencia de calor por conducción; o como un modelo de profundidad de penetración efectiva de humedad (EMPD, siglas en Inglés).
Modelos de confort térmico basados en la actividad, temperatura de bulbo seco, humedad, etc.
Modelos de cielo anisotrópico para cálculos óptimos de radiación solar difusa sobre superficies inclinadas.
Cálculos avanzados en ventanas, incluyendo persianas controlables, vidriados electrocrómicos, balances de energía capa por capa que permiten asignaciones apropiadas de cristales absorbedores de energía solar y una librería con numerosas ventanas comercialmente disponibles.
Controles de iluminación, incluyendo cálculos de iluminación interior, control y simulación de brillo, control de luminarias y efecto de la reducción de iluminación artificial sobre el calentamiento y enfriamiento.
Sistemas de control de lazo, basado en sistemas HVAC configurables (convencionales y radiantes) que permiten a los usuarios modelar sistemas típicos y sistemas ligeramente modificados, sin necesidad de recompilar el código fuente del programa.
Cálculos de polución atmosférica que predicen la existencia de CO2, SOX NOX, CO, producción de hidrocarbonos, cuando se realiza alguna conversión de energía, ya sea en el mismo edificio o en un lugar remoto.
Enalces con otros programas de simulación de uso libre como WINDOW5, WINDOW6 y Delight, esto para permitir análisis más detallados de los componentes del edificio.
Ningúnprograma es capáz de manejar cualquier situación de simulación; no obstante, el alcance de Energy Plus es manejar varios edificios y opciones de diseño de sistemas HVAC, directa o indirectamente a través de enlaces con otros programas a fin de calcular cargas térmicas y/o consumo de energía para un día de diseño o un periodo de tiempo amplio (incluyendo más allá de un año). Mientras la primera versión del programa contenía principalmente características directamente ligadas a aspectos térmicos del edificio, las recientes y futuras versiones del programa intentan direccionarse a otros aspectos que también son importantes para la construcción de ambientes: agua, sistemas eléctricos, etc. Por otro lado, es importante notar que cosa NO es Energy Plus.
Es una interface para el usuario. Su función es ser un motor de simulación alrededor del cual una tercera interface compatible pueda ser involucrada. Los archivos de entrada y salida son simples textos ASCII, que si bien son descifrables, es mucho más adecuado contar con una interface gráfica de usuario (GUI, siglas en inglés). Este enfoque permite a diseñadores de interfaces hacer lo que mejor saben – producir herramientas de calidad. La disponibilidad de recursos libres de Energy Plus, orientado a la producción de algoritmos, permite que estos sean redireccionados de la mano con el desarrollo de las características de la interface, en orden de mantenerse a paso con las demandas y expectaciones de profesionales en edificios.

No es una herramienta para análisis de costo de ciclo de vida útil. Produce resultados que pueden ser alimentados a un programa LCC. En general, cálculos de esta naturaleza son más adecuados en pequeños programas de “utilidad” que pueden respondermás rápidamente a cambios de tasas de interés y cambios en metodologías, indicadas por organismos correspondientes en cada lugar.

No reemplaza a un arquitecto o a un ingeniero de diseño, ya que no hace un chequeo de entradas; esto es, verifica la aceptabilidad o rango de variación de parámetros (realiza un número limitado de revisiones muy básicas), mas no intenta interpretar resultados. Mientras muchos programas GUI asisten al usuario en afinar y corregir errores de la entrada, Energy Plus aun opera bajo el estándar “basura que ingresa, basura que sale”. Por ello, ingenieros y arquitectos siempre serán una parte vital del diseño y procesos térmicos de ingeniería. (EnergyPlus, 2009).

SERIES FOTOGRÁFICAS
SAN FRANCISCO DE RAYMINA - AYACUCHO
Cimentación







Elaboración de adobes







Levantamiento de muros de la vivienda








Viga collar
















Levantamiento de muros sobre las vigas collares









Vigas en el techo








Plástico sobre las vigas








Plástico sobre las correas de madera









Tejas








Pisos de las habitaciones








Cocina mejorada








Invernadero








VILCALLAMAS ARRIBA - PUNO
Levantamiento de muros sobre las vigas collares








Viga collar








Vigas en el techo








Elaboración del tumbado









Techado de la vivienda









Correas de madera y el ichu en el techo








Calamina en el techo









Invernaderos instalados


















Pisos de los dormitorios




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