ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO TÉRMICO EN VIVIENDAS ALTOANDINAS DEL PERÚ

Rafael Espinoza(1), Abel Gutarra (2), Gonzalo Saavedra (1), Octavio Galarreta (1), Fredy Huaylla (2)

(1) Centro de Energías Renovables; (2) Facultad de Ciencias

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Lima – Perú

Tlf. (00511) 382 1058 cer@uni.edu.pe http://cer.uni.edu.pe

XV SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLARCajamarca 10 – 14 noviembre de 2008

...enfrentamos esta realidad...

OBJETIVOS

1.Hacer un diagnóstico térmico-ambiental de dos viviendas rurales del Perú.

2.Aplicarles un programa de mejoras técnicas a cada una de ellas

3.Desarrollar una propuesta de VIVIENDAS RURALES BIO-CONFORTABLES para cada una de las dos regiones

4.Fomentar un proceso de extensión y aplicación de las características técnicas de la vivienda rural bio-confortable a otros espacios y ambientes rurales habitables, tales como escuelas, postas médicas y locales comunales

5.Sensibilizar autoridades y funcionarios responsables de entidades y organismos nacionales públicos y privados del sector vivienda

PROYECTO

PROPUESTA TÉCNICA DE CONFORT TÉRMICO PARA VIVIENDAS EN COMUNIDADES LOCALIZADAS ENTRE 3000 Y 5000 msnm´

DISEÑO EXPERIMENTAL SOSTENIDO Mediciones sistemáticas (12 meses) Condiciones ambientales y clima Condiciones térmicas Características de propiedades de materiales locales

PROGRAMA DE MEJORAS TECNICAS Uso de recursos humanos y materiales locales Uso intensivo de fuentes renovables de energía (FRE), Confort térmico en cada vivienda.

PROPUESTA

VIVIENDAS RURALES BIOCONFORTABLES

ALGUNOS DETALLES DEL PROCESO EXPERIMENTAL

Identificar y calcular los flujos de calor producidos en las viviendas y proyectar el mejoramiento térmico correspondiente.

La base de datos experimentales la constituye mediciones y registros automáticos hechos a partir de la segunda quincena del mes de junio del año en curso.

Los primeros resultados confirman que la temperatura del ambiente interior de ambas viviendas es severamente frío la mayor parte del día

Usaremos la técnica de simulación para precisar características de formas y propiedades de elementos

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Instrumentación empleada

Al interior de las viviendas medimos temperaturas y humedad relativa. Los sensores de temperatura fueron del tipo de resistencia variable, con un rango de medición de -40o a 100 oC y una exactitud de 0.5 °C a 20 °C. El elemento sensor tiene una cubierta de acero inoxidable de forma cilíndrica que facilita el contacto térmico con superficies sólidas.

En cada vivienda se han instalado 44 sensores de temperatura, además, la temperatura de globo se midió en su interior con esferas de 15 cm de diámetro con recubrimiento de emisividad superficial de 0,9.

La humedad relativa dentro de la vivienda se midió en el rango de 25%-95% con una exactitud de ±5%. La iluminación interior se detectó con un sensor cuya respuesta es similar a la sensibilidad de la visión humana y opera en un rango de 2 a 20,000 lúmenes/m2.

En el exterior de las viviendas se midieron la irradiancia solar, humedad relativa, velocidad y dirección de viento y temperatura. Para ello se utilizó una minicentral meteorológica que almacena los datos en un registrador con capacidad de almacenamiento de 512K en memoria no volátil.

La información acumulada en los registradores ubicados en el interior de la vivienda y los almacenados en la microestación meteorológica se descarga periódicamente en sistemas de almacenamiento portátil para ser analizados en la PC.

Región natural PUNA(4000 – 4800 msnm),

Vilcallamas Arriba distrito Pisacoma, provincia Chuchito, Región Puno

Latitud sur 16° 35’ 30”Longitud oeste: 71° 31’ 16”

Altitud 4 500 msnm

Clima frío, soleado partedel año y lluvioso en verano

300 habitantes 51% hombres 49% mujeres

Latitud sur 13° 45’ 40”Longitud oeste: 73° 51’ 26”

Altitud 3,700 msnm

Clima frío, soleado partedel año y lluvioso en verano

350 habitantes 51% hombres 49% mujeres

Región natural SUNI (3500 – 4000 msnm) .

San Francisco de RAYMINA

distrito Huambalpa, provinciaVilcashuamán, Región Ayacucho

Q12

Q12

Q11

A2

A1

°

Q10

Q1 Q2

Q4

Q5 Q3

Q1 Q6 Q8

Q7

Q9Q10

Q2

Q3

Q4

Q5

Q11

N

FLUJOS DE CALOR EN LA VIVIENDA

DE VILCALLAMAS ARRIBA

TRM = TG + 1,9(V)^1/2 (TG-TS)

donde:TRM = temperatura radiante media, ºCTG = temperatura de globo, ºCTS = temperatura seca, ºCv = velocidad relativa del aire, m/s

Ensayos previos en el laboratorio CER-UNI

Detalles de la instalación de sensores en SF de Raymina

Detalles de la instalación de sensores en Vilcallamas Arriba

ALGUNOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO TÉRMICO PRACTICADO

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas Interiores en la c omunidad de S an F . de R aymina C as a

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

15-Jun

22-Jun

29-Jun

06-Jul

13-Jul

20-Jul

27-Jul

03-Ago

10-Ago

17-Ago

24-Ago

31-Ago

07-Sep

14-Sep

T max C asa T min C asa T prom C asa

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas Interiores en la c omunidad de S an F . de R aymina C oc ina

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

15-Jun

22-Jun

29-Jun

06-Jul

13-Jul

20-Jul

27-Jul

03-Ago

10-Ago

17-Ago

24-Ago

31-Ago

07-Sep

14-Sep

T max C ocina T min C ocina T prom C ocina

Condiciones térmicas de los ambientes interiores de la

vivienda de SF de Raymina, en el

periodo 15 de junio – 20 de setiembre de

2008

EN LA COCINA

EN LOS DORMITORIOS

R adiac ion G lobal Diaria kWh/m2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

15-Jun

22-Jun

29-Jun

06-Jul

13-Jul

20-Jul

27-Jul

03-Ago

10-Ago

17-Ago

24-Ago

31-Ago

07-Sep

14-Sep

R adiacion G lobal D iaria kWh/m2

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas E xteriores en la c omunidad de S an F . de R aymina

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

15-Jun

22-Jun

29-Jun

06-Jul

13-Jul

20-Jul

27-Jul

03-Ago

10-Ago

17-Ago

24-Ago

31-Ago

07-Sep

14-Sep

T media T max T min

Condiciones del ambiente exterior de la vivienda de SF de

Raymina, en el periodo 15 de junio – 20 de setiembre de

2008

TEMPERATURA

ENERGÍA DIARIA

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Interiores en la comunidad de Vilcallamas Arriba [ Casa ]

0

2

4

6

8

10

12

25-Jul 30-Jul 04-Ago 09-Ago 14-Ago 19-Ago 24-Ago

Temperatura MIN (ºC) Temperatura MAX (ºC) Temperatura PROM (ºC)

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Interiores en la comunidad de Vilcallamas Arriba [ Cocina ]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

25-Jul 30-Jul 04-Ago 09-Ago 14-Ago 19-Ago 24-Ago

Temperatura MIN (ºC) Temperatura MAX (ºC) Temperatura PROM (ºC)

Condiciones térmicas de los ambientes interiores de la

vivienda de Vilcallamas Arriba, en el periodo 25 de junio

– 24 de agosto de 2008

EN LA COCINA

EN LOS DORMITORIOS

Radiacion Global Diaria en Vilcallamas Arriba - PUNO [kWh/m2]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

25-Jul 30-Jul 04-Ago 09-Ago 14-Ago 19-Ago 24-Ago

ENERGÍA DIARIA Solar Radiation (kW-h/m^2)

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Exteriores en la comunidad de Vilcallamas Arriba

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25-Jul 30-Jul 04-Ago 09-Ago 14-Ago 19-Ago 24-Ago

Temperature (*C) MIN Temperature (*C) MAX Temperature (*C) PROM

ENERGÍA DIARIA

Condiciones del ambiente exterior de

la vivienda de Vilcallamas Arriba, en el periodo 25 de julio – 20 de agosto de 2008

TEMPERATURA

San Francisco de Raymina Vilcallamas arriba

Tmax (°C)

Tmin (°C) H% máx. H% min.Tmax (°C)

Tmin (°C) H% máx. H% min.

14,0 4,6 66 36 9,4 5,1 37 27

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

Procedimiento de aproximación de magnitudes de energía requeridas para lograr condiciones de confort térmico en los ambientes interiores de las viviendas en

estudio.

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00 04:48:00

HORA

Q (

W)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

00:2

0:00

01:2

0:00

02:2

0:00

03:2

0:00

04:2

0:00

05:2

0:00

06:2

0:00

07:2

0:00

08:2

0:00

09:2

0:00

10:2

0:00

11:2

0:00

12:2

0:00

13:2

0:00

14:2

0:00

15:2

0:00

16:2

0:00

17:2

0:00

18:2

0:00

19:2

0:00

20:2

0:00

21:2

0:00

22:2

0:00

23:2

0:00

HORA

W

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

00:2

0:00

01:2

0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

06:2

0:00

07:2

0:00

08:2

0:00

09:2

0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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23:2

0:00

HORAS

T

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:2

0:00

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0:00

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0:00

03:2

0:00

04:2

0:00

05:2

0:00

06:2

0:00

07:2

0:00

08:2

0:00

09:2

0:00

10:2

0:00

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0:00

12:2

0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

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0:00

19:2

0:00

20:2

0:00

21:2

0:00

22:2

0:00

23:2

0:00

HORAS

T

PAREDES PUERTAS Y VENTANAS

SUELOS TECHOS

SAN FRANCISCO DE RAYMINA, 06-JULIO-2008

FLUJOS DE CALOR, EN W, HACIA EL INTERIOR DE LA VIVIENDA

CONCLUSIONES Y TAREAS PENDIENTES

1. Las características constructivas actuales de las viviendas son deficientes, especialmente aquellas que generan filtraciones de aire.

2. La irradiancia solar diaria supera notablemente a las cantidades de energía que serían necesarias para lograr niveles de confort térmico en el interior de las viviendas.

3. En suma, se percibe que ambas viviendas requieren de mayor protección contra el enfriamiento que agregados diversos que incrementen su calentamiento.

4. Los rangos de temperatura interior de las viviendas están fuera de condiciones de confort durante las 24 horas del día, con el extremo mínimo cercano a 0°C.

Tareas

• La tarea principal será evitar enfriamientos.

• Estamos evaluando materiales, formas y diseños diferentes aplicando técnicas de simulación.

• La participación del poblador y su capacitación, serán condiciones prioritarias.

Nos parece de suma relevancia lo siguiente:

1. Las costumbres vivenciales del poblador andino del Perú

2. Efectos extremos de la temperatura durante la noche

3. Sistema conformado por el clima, la vivienda y las costumbres del hombre alto andino del Perú

4. Opción de generar indicadores de confort de aplicación congruente con las características de este sistema.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Rafael Espinoza ParedesTel. (00511) 3821058 – Fax (00511) 3821058 Lima – Perú

cer@uni.edu.pe respinoza@uni.edu.pe