Estudio del muro trombe y factibilidad técnica de su uso en Temuco

7/23/2019 Estudio del muro trombe y factibilidad tcnica de su uso en Temuco

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

ESTUDIO DEL MURO TROMBE Y FACTIBILIDAD TCNICA DE SU USO ENTEMUCO

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

VIVIANA MARLENE ALVIAL RIVERA2009

TRABAJO DE T TULO PARA OPTAR AL T TULODE INGENIERO CONSTRUCTOR


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A Dios por ser el sentido de todo.

A mis padres, por su apoyo, y

amor durante toda mi vida.


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AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios, a cada una de las personas que estuvieron presentes durante mi

formacin profesional y aportaron a ella de una forma u otra, especialmente a mis

padres, por su ejemplo y su esfuerzo para hacerme feliz, y a toda mi familia por su

preocupacin y confianza.

A mi pololo por apoyarme durante toda esta etapa tan importante de mi vida y

especialmente en los ltimos momentos del proceso.

A mis amigas por entregarme su comprensin, empuje y optimismo incondicional.

A todos mis compaeros por ser parte de mi vida.

A los profesores que durante todos mis aos de educacin han influido en mi

formacin, por inculcar valores y conocimientos, especialmente a mi profesor gua por

confiar en m y apoyarme en este proceso.


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Estudio del Muro Trombe y factibilidad tcnica de su uso en Temuco.

ndice de Contenido Pgina

CAPTULO 1: INTRODUCCIN 1

1.1Exposicin General del Problema 11.2Nivel Actual del Problema 11.3Objetivos Generales y Especficos 3

1.3.1Objetivo General 31.3.2Objetivos Especficos 3

CAPTULO 2: CONCEPTO DE MURO TROMBE 4

2.1Historia y Desarrollo del Muro Trombe en Chile 4

CAPTULO 3: FUNDAMENTACIN PARA DISEO Y USO 10

3.1Movimientos de la Tierra 103.1.1Movimiento de Rotacin 103.1.2Movimiento de Traslacin 103.1.3Movimiento de Precesin 11

3.2La Estrella Solar 123.2.1Radiacin solar 12

3.2.2Definiciones Geomtricas Referidas a la Estrella Solar. 143.2.3Incidencia del Sol en la Tierra durante el Ao. 173.2.4Incidencia del Sol en la Tierra durante el Da. 19

3.3Fundamentos de Climatologa 223.3.1Atmsfera 223.3.2Clima 223.3.3Elementos del Clima 233.3.4Factores Modificadores del Clima 253.3.5Tipos de Clima 283.3.6Clasificacin Climtica de Temuco 30

3.4Fundamentos de Transferencia de Calor 343.4.1Temperatura y Calor 34

3.5Requerimiento de Calefaccin 423.6Fundamentos de Bienestar Trmico 42

3.6.1Bienestar Trmico en el Ser Humano 423.6.2Bienestar Trmico en Edificacin 443.6.3Factores determinantes del Bienestar Trmico 44


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3.7Clasificacin del Muro Trombe como Sistema Solar 463.7.1Arquitectura Bioclimtica 46

3.7.2Sistema Solar Pasivo. 47

CAPTULO 4: FUNCIONAMIENTO 49

4.1Dispositivos para el Funcionamiento del Muro Trombe 49

4.2Usos del Muro Trombe 52

4.2.1Muro Trombe para Calefaccin Diurna 52

4.2.2Muro Trombe para Calefaccin Nocturna 54

4.2.3Muro Trombe para Enfriamiento 55

4.2.4Sistema Muro Trombe usado como Cubierta ColectoraAcumuladora 58

4.3Ventajas y Desventajas de su Funcionamiento 584.3.1Ventajas 584.3.2Desventajas 59

CAPTULO 5: CONSIDERACIONES DE DISEO 60

5.1Ubicacin 60

5.2Emplazamiento 605.3Materialidad y Dimensionamiento 605.3.1Materialidad del entorno inmediato 605.3.2Materialidad y Dimensionamiento del Muro Trombe 60

CAPTULO 6: CLCULO DE RENDIMIENTO 75

6.1Clculo de Radiacin Recibida 756.2Rendimiento del Muro Trombe como Componente de la

Habitacin 78

6.2.1Clculo de Prdidas de Calor de la Habitacin 786.2.2Clculo de Aporte de Energa por Muro Trombe 81

6.3Rendimiento del Muro Trombe como ComponenteIndependiente 82

6.3.1Clculo de Prdidas de Calor de la habitacin 836.3.2Clculo de Aporte de Energa por Muro Trombe 84

6.4Rendimiento del Muro Trombe para Enfriamiento. 85


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CAPTULO 7: RENDIMIENTO DEL MURO TROMBE EN TEMUCO 87

7.1Ejemplo de Diseo en Viviendas Ubicadas en la Ciudad deTemuco 87

7.2Rendimiento del Muro Trombe para uso diurno 917.2.1Rendimiento como Componente de la Habitacin 917.2.2 Rendimiento como Componente Independiente 98

7.3 Costos Asociados 1027.3.1Costos de Construccin 1027.3.1Costos de Calefaccin 104

107CAPTULO 8: CONCLUSIONES

1078.1. Conclusiones

BIBLIOGRAFA 109

ANEXO A 110

ANEXO B 114

ANEXO C 119


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ndice de tablas Pgina

Tabla 3.1. Clasificacin de la radiacin solar segn la longitud de onda 13

Tabla 3.2. Clculo del ngulo de incidencia solar 16Tabla 3.3. Tipo de superficie y respectivo albedo 27Tabla 3.4. Temperaturas medias mensuales, ao 2007 y promedio del

periodo 1981-2006 31Tabla 3.5. Humedad relativa media mensual, ao 2007 y promedio del

periodo 1981-2006 32Tabla 3.6. Radiacin global integrada mensual e irradianza media diaria

33para el ao 2007Tabla 3.7. Valores mensuales de duracin (hrs) de insolacin 33Tabla 3.8. Materiales de construccin y sus caractersticas fsico

35trmicasTabla 3.9. Resistencias Trmicas Superficiales. 38Tabla 3.10 Resistencia de materiales por m de rea de intercambio 40Tabla 3.11 Resistencia trmica en la cmara de aire 41Tabla 3.12 Grados-da de Temuco 42Tabla 3.13 Sensacin trmica en funcin de humedad relativa del aire 62Tabla 5.1. TWD y su respectivo coeficiente de transferencia de calor 60Tabla 5.2. Absorbencia de radiacin solar para algunos materiales de

construccin 63

Tabla5.3. Superficie de Muro Trombe necesario por unidad de superficietil 64Tabla5.4. Espesor de Muro Trombe recomendado segn material 64Tabla 5.5. Valores obtenidos de la figura 5.7 para el clculo del alero 72Tabla5.6. Caractersticas de algunas telas para cortinas enrollables,

utilizables como elemento de proteccin para Muro Trombe 74Tabla 6.1. Clculo de insolacin en plano inclinado 77Tabla 6.2. Aire introducido por infiltracin o ventilacin 80Tabla 6.3. Temperaturas obtenidas con el uso del Muro Trombe para

enfriamiento 86

Tabla 7.1. Caractersticas de la habitacin elegida para diseo deMuro Trombe 88

Tabla 7.2. Resistencia al paso del calor para una habitacin con lascaractersticas sealadas en tabla 7.1, Muro Trombe diurno. 89


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Tabla 7.3. Resistencia al paso del calor para una habitacin con lascaractersticas sealadas en tabla 7.1, Muro Trombe nocturno. 90

Tabla 7.4. Clculo de resistencia total para Muro Trombe diurno. 91Tabla 7.5. Calor perdido por la estructura, para Muro Trombe diurno. 92Tabla 7.6. Calor perdido por infiltracin o ventilacin. 93

Tabla 7.7. Calor total requerido para calefaccin, Muro Trombe diurno 93

Tabla 7.8. Demanda de calefaccin. 93

Tabla 7.9. Aporte de energa por uso de Muro Trombe diurno con 1 vidrio. 94

Tabla 7.10. Aporte de energa por uso de Muro Trombe diurno con doble

vidriado hermtico. 95

Tabla 7.11. Aporte de sistemas pasivos y factor solar de sistemas pasivos 96

Tabla 7.12. Factor solar anual del Muro Trombe 96Tabla 7.13. Resistencia al paso del calor del vidrio y del muro 98

Tabla 7.14. Temperaturas medias 99

Tabla 7.15. Prdidas horarias del da 99

Tabla 7.16. Prdidas horarias de la noche 99Tabla 7.17. Coeficiente global por prdidas locales 100Tabla 7.18. Aporte del Muro Trombe 100Tabla 7.19. Coeficiente de aporte trmico del Muro Trombe 101Tabla 7.20. Costo de construccin, vidrio simple, estructura de aluminio 102

Tabla 7.21. Costo de construccin, DVH, estructura de aluminio 102Tabla 7.22. Costo de construccin, vidrio simple, estructura de PVC 102Tabla 7.23. Costo de construccin, DVH, estructura de PVC 103Tabla 7.24. Costo de construccin, vidrio simple, estructura de aluminio 103Tabla 7.25. Costo de construccin, DVH, estructura de aluminio 103Tabla 7.26. Costo de construccin, vidrio simple, estructura de PVC 104Tabla 7.27. Costo de construccin, DVH, estructura de PVC 104Tabla 7.28. Demanda de calefaccin 105Tabla 7.29. Costo de calefaccin, para Muro Trombe con vidriado simple 105Tabla 7.30. Costo de calefaccin, para Muro Trombe con doble vidriado

hermtico 106


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ndice de figuras Pgina

Figura 2.1. Maison DGRST, la primera casa solar en el mundo. Fotografa

y plano de planta original 4Figura 2.2. Vista frontal del Muro Trombe en la Maison DGRST. 5Figura 2.3. Muro Trombe de prueba. 6Figura 2.4. Corte esquemtico de Muro Trombe en Casa Cuadra 7Figura 2.5. Presencia de un Muro Trombe en Casa Cuadra. 7Figura 2.6. Domo2, incluye Muro Trombe como sistema de aporte trmico 8Figura 2.7. Vista tridimensional del Muro Trombe diseado para el

aeropuerto y Vista en vertical en corte del Muro Trombe 9Figura 3.1. Movimiento de traslacin de la Tierra. 10Figura 3.2. Arco solar, equinoccios y solsticios. 11

Figura 3.3. Movimiento de precesin de la tierra. 12Figura 3.4. Grfico, obtencin de la declinacin. 14Figura 3.4. Altitud, azimut y ngulo zenit. 15Figura 3.5. ngulo de incidencia solar para diferentes inclinaciones de

terreno 17Figura 3.6. Variaciones en la incidencia de la radiacin solar. 17Figura 3.7. Uso del da solar para disear alero. 20Figura 3.8. Da solar para Concepcin, aplicable a Temuco. 21Figura 3.9. Capa lmite y Dosel urbano. 29Figura 3.10 Temperaturas mximas, mnimas y medias para Temuco

desde el ao 1981. 30Figura 3.11 Radiacin integrada media mensual, periodo 1992-1998. 32Figura 3.12 Irradianza media mensual, ao 2007. 33Figura 3.13 Conveccin en muros de una habitacin. 37Figura 3.14 Resistencia trmica a travs de un muro. 40Figura 3.15 Intercambios trmicos del ser humano con el exterior. 43Figura 3.16 Muro Trombe con sistema de ganancia solar indirecta y

Ventana como sistema de ganancia solar directa 48Figura 4.1. Dispositivos para el funcionamiento del Muro Trombe, vista

posterior 49Figura 4.2. Dispositivos para el funcionamiento del Muro Trombe, vista

frontal 50Figura 4.3. Corte de un Muro Trombe para calefaccin diurna y

circulacin del flujo de aire. 53Figura 4.4. Isomtrico de un Muro Trombe para calefaccin diurna. 53


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PginaFigura 4.5. Corte de un Muro Trombe para calefaccin Nocturna y

circulacin del flujo de aire. 54

Figura 4.6. Isomtrico de un Muro Trombe para calefaccin nocturna. 55Figura 4.7. Muro Trombe con compuertas humidificadoras. 56Figura 4.8. Corte de un Muro Trombe para enfriamiento. 56Figura 4.9. Isomtrico de un Muro Trombe para calefaccin nocturna. 57Figura 4.10 Muro Trombe usado como Cubierta Colectora Acumuladora. 58Figura 5.1. Grosor del muro y la variacin de temperatura a travs de l

durante el da. 61

Figura 5.2.De izquierda a derecha, placa de policarbonato simple conceldas 62verticales, placa de policarbonato doble, placa con celdas de

acrlico y placa de aerogel 62Figura 5.3a Muro Trombe con bidones de agua como acumulador. 65Figura 5.3b Muro Trombe con almacenador de agua. 66Figura 5.4. Pieza de cermica con cambio de fase. 65Figura 5.5. Paredes de bloque de cristal, rellenos con un acumulador de

cambio de fase 67Figura 5.6. Dimensionamiento de compuertas para el paso de aire en un

Muro Trombe 68Figura 5.7. Influencia del rea de las compuertas de un Muro Trombe y la

energa entregada 69

Figura 5.8. Dimensionamiento de reflector mvil 70Figura 5.9. Alero para Muro Trombe diseado 71Figura 5.10 Cortina exterior enrollable 73Figura 5.11 Comportamiento de la tela con respecto a la radiacin solar 73Figura 5.12 Persiana de pvc enrollable 74Figura 6.1. Grfico de los noveles de radiacin directa y difusa calculados

por el programa Geosol. 76Figura 6.2. Desglose de radiacin segn hora del da y radiacin total

diaria sobre el plano. 77

Figura 6.3. Mapa conceptual, Rendimiento del Muro Trombe comocomponente de la habitacin. 78


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PginaFigura 6.4. Mapa conceptual, Rendimiento del Muro Trombe como

componente independiente. 82

Figura 6.5. Grfico para determinar el porcentaje de energa transmitidapor el Muro Trombe. 85

Figura 7.1. Muro de hormign armado con aislante trmico adosado a carainterior, usado en muros exteriores de habitacin con MuroTrombe diurno. 87

Figura 7.2. Solucin de techumbre con aislante trmico rgido. 88Figura 7.3. Energa neta aportada por Muro Trombe. 95Figura 7.4. Factor de aporte solar de Muro Trombe con vidriado simple. 97Figura 7.5. Factor de aporte solar de Muro Trombe con vidriado doble. 97Figura 7.6. Energa aportada por el Muro Trombe. 101


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CAPTULO 1

INTRODUCCIN


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Captulo 1 INTRODUCCIN

Estudio del Muro Trombe y factibilidad tcnica de su uso en Temuco 1

1.1 Exposicin General del Problema.

La ciudad de Temuco presenta en su clima marcadas oscilaciones estacionalesdefinindose meses fros, templados y clidos, y extremas absolutas de temperaturaque varan entre -5C y 37C. Estas variaciones estn presentes en las temperaturas,la lluvia, el viento y la humedad.

La vivienda debe ser la principal fuente aislante de las condiciones climticas, por esoes necesario que cumpla con condiciones de diseo y aislamiento ptimo, con elobjetivo de mantener el confort o equilibrio trmico adecuado para sus habitantes, estose logra a travs de sistemas constructivos y de calefaccin que condicionan suparticularidad trmica.

Por lo general los sistemas de calefaccin involucran sucesivos gastos en el tiempo yson contaminantes, lo que toma especial importancia en la ciudad de Temuco donde losndices de contaminacin atmosfrica son elevados.

Los sistemas constructivos de aislamiento trmico que se acercan a lo ptimogeneralmente estn compuestos de materiales contaminantes o requieren de mediosmecnicos para su funcionamiento.

1.2 Nivel Actual del Problema.

El calentamiento global es un cambio climtico que se aprecia principalmente en elaumento de las temperaturas globales, las que el ltimo siglo aumentaron 0,6C y enlos prximos 100 aos aumentaran alrededor de 5C (Segn el Panel

Intergubernamental de Cambio Climtico). El cambio climtico es producto del aumentoen la atmsfera de los niveles de "gases de efecto invernadero"(anhdrido carbnico,dixido de carbono, metano, xidos de nitrgeno, cloro, flor, etc). Uno de losprincipales gases causantes del efecto invernadero es el dixido de carbono, que haacrecentado su volumen en un 36% desde fines del siglo 18 (Segn publicacin de laOrganizacin mundial de medio ambiente), debido al incremento sostenido del consumode combustibles fsiles(gas natural, carbn mineral, petrleo) que liberan este gas. Elmundo dispone de menos de diez aos para mitigar la amenaza del calentamientoglobal (Segn Informe de Desarrollo Humano del Programa de las Naciones Unidaspara el Desarrollo) que podra llegar a ser nefasto para el planeta, por lo que esnecesario reducir las emisiones de dixido de carbono y renovar las fuentes de energa,

por otras ms limpias y sustentables en al menos un 20% para el ao 2020(Organizacin de la Naciones Unidas).

Chile es un consumidor de combustibles fsiles como fuentes de energa y aunqueactualmente aporta el 0,2% de emisiones de CO2 respecto del total global, haaumentado su contribucin en los ltimos aos en alrededor de 12 millones detoneladas mtricas y registra el mayor crecimiento comparado con el resto de los paseslatinoamericanos y del Caribe (Informe de Desarrollo Humano del Programa de lasNaciones Unidas para el Desarrollo). El uso sostenido de estas fuentes de energa norenovables han llevado a una disputa a nivel mundial por ellos, a lo que se suman enChile una serie de factores que tienen al pas en una crisis energtica que aparenta ser


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momentnea, pero que si no se crean nuevas fuentes de energa o sistemas quepermitan ahorrar recursos de esta ndole, podra llegar a ser permanente y afectardirectamente la calidad de vida de las personas. Es el momento de utilizar de maneralimpia los recursos naturales existentes y adaptarlos de forma que sean un aporte parasatisfacer las necesidades, por ejemplo de calefaccin de la ciudadana, ya que estanecesidad tambin se ha visto afectada por la crisis energtica actual, considerandoque las principales fuentes de calefaccin de los chilenos es la electricidad, derivadosdel petrleo, gas natural y la combustin de lea. Temuco, regin de La Araucana, esuna de las principales ciudades de Chile en utilizar como combustible bsico para lacalefaccin la lea, lo que deriva en creciente contaminacin ambiental,especficamente la contaminacin del aire de la ciudad, superando en variadasoportunidades los limites permitidos.

La norma primaria de calidad de aire establece que el mximo permitido de presenciade material particulado (MP10) en la atmsfera no puede superar los 150 microgramos

por metro cbico, pero en Temuco en los ltimos aos los pick han superado los 600 yactualmente bordean los 200 microgramos por metro cbico (Segn informes de laComisin nacional del medio ambiente). Estos altos volmenes de material particuladopueden generar problemas a la salud de la poblacin, como tos, dolor de cabeza ydisminucin de la funcin pulmonar lo que deriva en enfermedades respiratorias. Segnun estudio presentado por la CONAMA, las fuentes residenciales generan ms del 70%del material contaminante presente en el aire de Temuco, por lo cual los sistemas decalefaccin que se utilicen en la ciudad deben ser, si no un aporte, sistemas querespeten la calidad del aire.

El confort trmico es una sensacin neutra de la persona respecto al ambiente trmico

que lo rodea. Lograr el confort trmico es una suma de variables insertas en el espaciofsico, por eso es importante una adecuada calefaccin y tambin las caractersticasconstructivas de la vivienda.

La estructura de las viviendas en Temuco est hecha esencialmente de hormign,albailera de ladrillo y principalmente de madera, material que adems de utilizarsecomo elemento principal de la estructura, fue usado masivamente como revestimientode terminacin de la envolvente de la vivienda, especialmente en aquellas de ms de10 aos de construccin. Segn el autor Alexander Fritz, la madera tiene unaresistencia relativamente baja a la transmisin de calor por lo que es necesario colocaraislamiento trmico que permita minimizar las prdidas de energa, aumentar y

maximizar las ganancias internas y si se mantiene la necesidad de calefaccin,propender a sistemas eficientes no contaminantes y de bajo costo.

En los ltimos aos en Temuco ha tomado importancia la construccin de viviendas demayor aislamiento trmico y se han comenzado a usar paquetes aislantes quedisminuyen las perdidas de energa y elementos como vidrios termopaneles, pero estosdiseos tambin implican aumento en los costos de construccin y contaminacinindirecta al medio ambiente. La idea es que los sistemas de calefaccin oacondicionamiento trmico para su funcionamiento y fabricacin no requieran mediosmecnicos u otras fuentes de energa contaminantes, considerando que es posibleutilizar energas renovables y limpias como el sol.


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1.3 Objetivos Generales y Especficos.

1.3.1 Objetivo General.

Estudiar el Muro Trombe como sistema constructivo colaborante trmicamente en unavivienda, y analizar la factibilidad tcnica de su uso en Temuco.

1.3.2 Objetivos Especficos.

Recopilar informacin general y estado de desarrollo del uso del Muro Trombe en Chile.

Identificar los materiales que componen el Muro Trombe y determinar cuales optimizansus propiedades como colaborante trmico en una vivienda.

Analizar si las condiciones climticas de Temuco permiten el uso del Muro Trombe.

Determinar el aporte trmico que podra proporcionar el Muro Trombe en viviendasubicadas en la ciudad de Temuco.

Determinar los costos de construccin del Muro Trombe y si es un sistemaeconmicamente sostenible.


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CAPTULO 2

CONCEPTO DE MURO TROMBE


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Captulo 2 CONCEPTO DE MURO TROMBE


2.1Historia y Desarrollo del Muro Trombe en Chile.

El diseo del Muro Trombe fue patentado en 1881 por Edward Morse, pero en el ao1957 el ingeniero Flix Trombe lo re dise y patent nuevamente, l junto al arquitecto

Jacques Michel lo popularizaron en los aos 60 usndolo en construcciones de casassolares pasivas en Font-Romeu-Odeillo-Via, Francia. Pero posteriormente los bajosprecios del crudo y la construccin de viviendas masivas, baj y prcticamentedesapareci la construccin de viviendas solares pasivas y por consiguiente el MuroTrombe. Luego en el ao 1973 el crudo comenz a subir de precio, pero se mantuvo laconstruccin de viviendas masivas, por lo cual la construccin de viviendas consistemas pasivos y Muros Trombe disminuy su popularidad.

Figura 2.1.Maison DGRST, la primera casa solar en el mundo. Fotografa y planode planta original.


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Figura 2.2.Vista frontal del Muro Trombe en la Maison DGRST.

En Chile desde 1960 en adelante el profesor de la Universidad Tcnica FedericoSanta Mara don Julio Hirschmann, inicia investigaciones relativas a la energa

solar y comienza la acumulacin de datos solarimtricos del pas, fundamentalespara el diseo del Muro Trombe.

La Universidad Tcnica Federico Santa Mara tiene registros de que en los 80 seconstruyeron en Santiago, Concepcin, Villa Alemana y El Salvador (norte deChile) Muros Trombe y ganancia solar directa, pero actualmente no se tieneinformacin ms especfica de dichas residencias.

El Ingeniero mecnico Pedro Sarmiento desde 1972 viene realizando estudiossobre el Muro Trombe, posteriormente y l junto a Darwin Robledo de laUniversidad Tcnica Federico Santa Mara, Chile, realizaron en las dependencias

del Laboratorio de energa solar de dicha universidad, el diseo y la construccinde un mdulo de ensayo para determinar experimentalmente el aporte de energapara calefaccin de un Muro Trombe acumulador. Tambin se utiliz el mdulopara determinar aporte del muro como sistema de enfriamiento.


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.

Figura 2.3.Muro Trombe de prueba.

El gobierno de Chile a travs del Programa Pas Eficiencia Energtica, harealizado concursos de energas renovables para calefaccionar la vivienda rural.En el ao 2007 el proyecto ganador fue desarrollado por un equipo de cuatrointegrantes en la localidad de Cabrero, Regin del Bo-Bo. Los arquitectos fueron: Rodrigo Villalobos y Toms Vera. Los Clculos Trmicos los realiz:Jos Pascual.

Clculos de costos y especificaciones tcnicas:Susana Muoz.

El proyecto ganador incluye entre sus estrategias una envolvente de fardos depaja y un muro Trombe de tierras compactadas. A siete centmetros del muro, ladoexterior, se instala el vidrio. El Muro Trombe adems contempla una rendija dequince centmetros arriba y otra abajo, para que el aire circule entre el muro y elvidrio. La vivienda denominada Casa Cuadra se encuentra en etapa deanteproyecto, para su futura construccin y estudio en la comuna de Cabrero,Regin del Bio-Bio.


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Figura 2.4.Corte esquemtico de Muro Trombe en Casa Cuadra

Figura 2.5.Presencia de un Muro Trombe en Casa Cuadra.

La Inmobiliaria y Gestin Integral (INGEIN), ha iniciado el presente ao 2008 laconstruccin de una vivienda unifamiliar de 500 metros cuadrados denominadaDomo2, ubicada en el sector Huinganal de La Dehesa. La vivienda pretende serun piloto para comprobar su aptitud de vivienda inteligente para lo que fuediseada ya que busca integrar arquitectura bioclimtica, domtica, iluminacinnatural optimizada e iluminacin. En el lado norte de la vivienda, cubriendo lasescaleras, se instala un muro Trombe que servir para calefaccionar, refrigerar yventilar. Se trata de un muro de hormign, sobre el que se coloca un vidrio y enciertos momentos se aprovecha el aire calentado entre el muro y el vidrio.


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Si se quiere lograr el efecto contrario, se expulsa el aire caliente interior haciaafuera logrando una refrigeracin, destaca Carlos Valderrama, gerente generalde INGEIN.

Figura 2.6.Domo2, incluye Muro Trombe como sistema de aporte trmico.

Para el ao 2010 se iniciara la construccin de un nuevo aeropuerto para la reginde la Araucana, con un plazo de construccin aproximado de 2 aos. La obra fueencargada por el Ministerio de Obras pblicas, y su caracterstica principal es laconstruccin sustentable y temperatura confortable en el edificio.Dentro de las caractersticas de diseo pasivo proyectadas para el edificio secontempla un Muro Trombe de albailera con aislante trmico enfrentado a unacmara de aire y retardo trmico de ms de 5 horas para aprovechar laacumulacin trmica durante el da, el paramento exterior es de cristal oscuro ybase de piedra refractaria, aportando a la inercia y a la conveccin trmica.


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Figura 2.7.Vista tridimensional del Muro Trombe diseado para el aeropuerto(arriba) y Vista en vertical en corte del Muro Trombe (abajo).


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Captulo 3 FUNDAMENTACIN PARA DISEO Y USO


3.1Movimientos de la Tierra.

El planeta Tierra esta en constantes movimientos de distinta ndole, los cuales influyendirectamente en el clima y su trascendencia en relacin al habitad humano, el clima es

un factor determinante en las formas arquitectnicas y los mtodos constructivos.

Los movimientos de la Tierra se clasifican en:

3.1.1Movimiento de Rotacin.

Movimiento que determina el da y la noche, lo efecta la Tierra girando sobre s a lolargo de su propio eje que pasa por los polos y en sentido Oeste-Este, dando laimpresin que el cielo gira alrededor de la Tierra.

La existencia del da y la noche, influye directamente en las temperaturas del entorno,generalmente en el da las temperaturas ambientales son mayores debido a que latierra recibe radiacin global solar que no recibe durante la noche.

La duracin de los das y las noches no es la misma en distintos puntos del planetadebido a que el eje de rotacin de la Tierra se encuentra inclinado respecto del plano deiluminacin.

3.1.2Movimiento de Traslacin.

El planeta Tierra gira alrededor del sol, impulsado por la gravitacin, describiendo unaelipse en el periodo de un ao. La rbita elptica hace variar la distancia entre la Tierra yel Sol en el transcurso de un ao.

La traslacin y la declinacin del eje de rotacin de la Tierra provocan variacin en lainclinacin y en la cantidad de energa de los rayos solares, segn el punto del planetay las diferentes estaciones climticas del ao (Figura 3.1), dando lugar a la sucesin deestaciones, divididas por los solsticios y los equinoccios.

Figura 3.1.Movimiento de traslacin de la Tierra.


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Temuco, ciudad ubicada en el hemisferio sur tiene las siguientes fechas para lossolsticios y los equinoccios.

Solsticio de invierno: 21 de Junio, da mas corto en el hemisferio sur; comienza elinvierno, estacin del ao con temperaturas mas bajas.

Solsticio de verano: 21 de Diciembre, da ms largo en el hemisferio sur, comienza elverano, estacin del ao con temperaturas ms altas.

Equinoccios: das de 12 horas de duracin, los rayos solares llegan perpendiculares aleje de giro de la Tierra. El sol recorre un arco en el cielo que nace al Este y se pone alOeste. El resto de los das, en invierno sale al Noreste y se pone al Noroeste, en veranosale al Sureste y se pone al Suroeste.

21 de Marzo: comienzo del otoo, la radiacin solar disminuye.

21 de Septiembre: comienzo de la primavera, la radiacin solar aumenta.

Figura 3.2. Arco solar, equinoccios y solsticios.

3.1.3Movimiento de Precesin.

En la figura 3.3, puede observarse que el eje de la Tierra tiene una inclinacin de2327 respecto a la perpendicular de la elptica, este movimiento describe un crculocompleto alrededor del polo norte de la eclptica con un perodo de 25.780 aos,causado por el torque ejercido por el sol sobre la Tierra.

El 21 de Junio en el hemisferio norte la Tierra recibe rayos solares con ngulo cercanoa los 90 y est iluminada mas all de 180 de giro, en el hemisferio sur el ngulo deincidencia de los rayos solares es ms oblicuo y la tierra de este hemisferio estailuminada menos de 180, por lo cual los das son mas largos en el primer caso y mascortos en el segundo.


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Figura 3.3.Movimiento de precesin de la tierra.

3.2La Estrella Solar.

Estrella del sistema planetario en el que se encuentra la Tierra. A travs de lairradiacin de la energa solar en forma de ondas electromagnticas que llegan a latierra, aporta la energa que mantiene en funcionamiento los procesos climticos del

planeta.

3.2.1Radiacin solar.

Es el desplazamiento de ondas electromagnticas emitidas por el sol, parte de ellasllegan a la Tierra y otras son absorbidas por la atmsfera. La radiacin llega en formadismil a los distintos puntos de la Tierra provocando diferencias de temperatura entredistintas zonas y diferentes climas.

La irradiancia es la potencia de la radiacin solar por unidad de rea. A la irradianciaperpendicular a los rayos solares fuera de la atmsfera, se le llama constante solar(I) y

tiene un valor promedio de 1354(W/m).

La irradiacinque es la energa por unidad derea (J/m).

De acuerdo a la longitud de onda dentro de la radiacin solar, se distribuye de mayor amenor longitud, la radiacin infrarroja, la luz visible y radiacin ultravioleta.

A la Tierra llega radiacin que se clasifica segn la longitud de onda, dicha clasificacinse aprecia en la tabla 3.1:


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Tabla 3.1.Clasificacin de la radiacin solar segn la longitud de onda.

Radiacin Longitud de onda Tipo CaractersticasUltravioleta

0,35 micrones Fotovoltaica(se puedetransformar enelectricidad)

Longitud de ondacorta, altafrecuencia.

Visible 0,35 a 0,75micrones

Fotovoltaica Luz visible al ojohumano.

Infrarroja Mas de 0,75micrones

Fototrmica (transfor-

macin de la luz encalor)

Longitud de ondalarga, bajafrecuencia.

El vidrio es transparente a la radiacin solar de onda corta, pero parte de la radiacinsolar que atraviesa el vidrio cambia su longitud de onda a una radiacin de onda larga(infrarroja de baja frecuencia) al chocar con otro material, la cual no podr atravesar elvidrio ya que este es semi opaco para la onda infrarroja.

A la tierra llega radiacin solar dependiente de estaciones del ao, los das y horas,altitud, latitud, orientacin y declinacin de la Tierra, proporcin tierra-agua, topografa,etctera y adems las nubes, humos y gases disminuyen la cantidad de radiacin; apartir de estos ltimos factores la radiacin que llega a la Tierra se puede clasificarcomo:

Radiacin directa: La radiacin solar viaja en lnea recta dentro de una sustancia de

composicin uniforme, mientras no haya nada que cambie su direccin y mientras nocambie el medio a travs del cual se est propagando. La radiacin directa es aquellaque llega a la tierra proveniente directamente del sol, sin cambiar de direccin,atravesando la atmosfera, parte de la radiacin es absorbida y parte atraviesa comoradiacin directa.

Radiacin difusa: es la radiacin solar que cambio de direccin por reflexin ydispersin, esto por causa de su paso a travs de la atmosfera, humo y nubes. En dasnublados toda la radiacin es difusa.

Radiacin global: Es la radiacin directa ms la radiacin difusa.

Rg = RD + Rd (3.1)

Rg: Radiacin globalRD: Radiacin directaRd: Radiacin difusa

La radiacin total sobre la tierra es la radiacin global mas los datos climticos y losdatos geogrficos.


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La energa solar radiante se manifiesta visualmente a travs de la luz natural, quesiempre viene acompaada de radiacin trmica, o sea calor. La radiacin solar queincide en la tierra, adems de entregar calor se puede utilizar para producir calor. Loimportante es que la energa producida por la radiacin solar es renovable, es decir secaracteriza porque en sus procesos de transformacin y aprovechamiento en energatil generalmente no contamina, no se consume ni se agota en una escala humana.

3.2.2Definiciones Geomtricas Referidas a la Estrella Solar.

Declinacin de la Tierra.

La esfera celeste es una esfera imaginaria que rodea la Tierra y que se divide enparalelos de declinacin. El 21 de Junio la declinacin de la tierra respecto al sol es de+2327 y el 21 de Diciembre -2327.

La declinacin se puede calcular a travs de la figura 3.4 o la ecuacin (3.2)

Figura 3.4.Grfico, obtencin de la declinacin (eje de las ordenadas), segn mes delao (eje abscisas).

D = 23,45 sen(360*(284+n)) (3.2)

365

D: declinacin ()n : nmero secuencial del da del ao


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Lnea y ngulo Zenit.

Lnea zenit es la lnea imaginaria perpendicular a un plano horizontal de un punto sobre

la superficie terrestre, cuya prolongacin intercepta a la esfera celeste.ngulo zenit es aquel formado por el rayo solar y la lnea zenit.

+ Z = 90 (3.3)

: altitudZ: ngulo zenit

Figura 3.4:Altitud, azimut y ngulo zenit.

Azimut.

Geomtricamente es el ngulo formado por la proyeccin en el plano horizontal del rayosolar y una lnea norte-sur; es una condicin de asoleamiento que colabora con eldiseo solar. El azimut recorrido por el sol es mayor a 180 en el solsticio de verano einferior a 180 en el solsticio de invierno.

Se ngulo azimut se observa en la figura 3.4 yse puede calcular con la ecuacin (3.4)

sen Az = (cosD*senH) (3.4)cos


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Az: Azimut.H: ngulo de hora solar

ngulo de incidencia solar.

El ngulo de incidencia solar (i) es con el cual los rayos solares llegan a un plano,formado entre la superficie colectora y la perpendicular al plano. A mayor (i), los rayoscaen ms oblicuamente, repartindose sobre mayor superficie, por lo cual la radiacines menor.

Cos i = senD sen L cosB - senD cosL sen B cosAz

+ cosD cosL cosB cosH + cosD senL senB cosAz cosH

+ cosD senB senAz senH (3.5)

i: ngulo de incidencia().D: declinacin ().B: ngulo de inclinacin de la superficie respecto al horizonte(+),()Az: azimut de la superficie de inters ().H: ngulo de hora solar, (+)AM, (-)PM, ()

A modo de ejemplo, se calcul en ngulo de incidencia solar para diferentes ngulos de

inclinacin de la superficie, los resultados se presentan en la tabla 3.2 y en la figura 3.5.

Tabla 3.2.Clculo del ngulo de incidencia solar.

ngulo de inclinacinde la superficie

captadora

ngulo de incidenciasolar (i)

Radiacinsolar

-22,5 77 Mnima

0 54 Media

45 9,56 Mxima


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Figura 3.5.ngulo de incidencia solar para diferentes inclinaciones de terreno.

En conclusin, para captar mayor radiacin, la superficie captadora debe tener un

ngulo de inclinacin cercano a los 45, aunque eso depende de todos los factoresinvolucrados por lo cual se considera como regla general:

ngulo de inclinacin de la superficie captadora = Latitud + 10 (3.6)

3.2.3Incidencia del Sol en la Tierra durante el Ao.

El movimiento de traslacin de la tierra en torno al sol da origen a las variaciones en laincidencia de la radiacin solar durante el ao. Se presenta la figura 3.6.

Figura 3.6.Variaciones en la incidencia de la radiacin solar.


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La incidencia del sol en la superficie de la Tierra es en cuatro posiciones notables a lolargo de su orbita durante el ao. En lafigura 3.6se observan las posiciones A,B,C y D,corresponden a la posiciones de la tierra en el solsticio de invierno, equinoccio deprimavera, solsticio de verano y equinoccio de otoo respectivamente para el hemisferiosur. El rayo de sol incide en la superficie terrestre en posiciones opuestas A y C, A en elhemisferio norte y C en el sur. B y D son puntos intermedios simtricos, ac el rayosolar incide en el punto medio de ellos, esto es sobre el ecuador. En un ao el sol haincidido normalmente sobre la superficie de la tierra en el rea entre A y C, formando enestos puntos dos crculos llamados trpicos de Capricornio en el hemisferio sur y deCncer en el hemisferio norte. Por sobre los trpicos el sol nunca estar en el zenit,siempre culminara por debajo y mientras mas alejado se esta del ecuador mas abajoculminar el sol.

Zona Tropical: es el rea entre ambos trpicos, entre las latitudes -2327 y +2327.

Zona Templada: existen dos zonas templadas, una en el norte y la otra en el sur, estnentre la zona tropical y el crculo polar que tiene latitud 665 .

Zona Fra: desde la latitud 665norte y sur hasta cada polo, all seis meses del ao elsol permanece sobre el horizonte y seis meses bajo el.

En la se representa el recorrido del sol de un trpico a otro y un rayo de sol. Cuando elsol viaja de A hacia C los rayos solares van incidiendo normalmente sobre la superficiede la tierra de A a C, en la zona tropical. Al estar el sol en el punto A, el rayo realiza elcamino mas corto para cruzar la atmsfera. Para que los rayos de sol lleguen a C elrecorrido es mucho mayor que para llegar al punto A, al ir atravesando la atmosfera elrayo se va enfriando porque la atmosfera refleja y absorbe radiacin, adems el rayo

incide oblicuamente por lo cual se reparte sobre una superficie mucho mayor; esto haceque una misma radiacin en el verano se concentre, en el invierno se disperse y laaccin calorfica del sol sea mayor en verano que en invierno.

De acuerdo a la incidencia de radiacin solar recibida por la Tierra, sta se puede dividiren tres zonas trmicas: tropical, templada y fra.

Zona Trmica Tropical: no hay diferencia apreciable entre verano e invierno, primaveray otoo, prcticamente no existen y generalmente hay gran nubosidad, lastemperaturas son muy elevadas y la nubosidad colabora en su disminucin.

Zona Trmica Templada: las estaciones del ao son bien definidas, los amaneceres y

atardeceres son largos y coloridos y las temperaturas no son tan fras como en lospolos ni tan clidas como en la zona tropical.

Zona Trmica Fra: las temperaturas son muy fras ya que los rayos solares llegan muyinclinados.


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3.2.4Incidencia del Sol en la Tierra durante el Da.

Hora Solar

La hora solar es aquella en que efectivamente el sol estar en la cumbre mxima delcielo, pero la hora solar no necesariamente coincide con la hora convencional o relojque se usa en un lugar, debido a diferentes motivos. En Chile existe un cambio de horapara aprovechar la luz solar, en Octubre se adelanta 1hora y en Marzo se vuelve a lahora establecida que tiene como referencia el Meridiano de Greenwich. El meridianotomado como referencia no corresponde al meridiano del lugar en estudio. Adems laTierra esta sometida a perturbaciones en su recorrido por el sol.

Se presenta la ecuacin 3.7 para la hora solar (Hs):

Hs= Hl -1(x) +E + 4(Mcon Mloc) (3.7)

Hl: hora local (hr)X: 1 si hay cambio de hora en verano(hr).Mcon: meridiano convencional medido al oeste de Greenwich, en Chile 60Oeste()Mloc: meridiano local medido al oeste de Greenwich, en Temuco +7236()E: ecuacin de tiempo, se obtiene a travs de frmula 3.8 o grficamente por figura 8 .(minutos).

E= 9,87sen2M 7,53cosM 15senM (3.8)

M: 0,989(n-81) (3.9)

La obtencin de la hora solar nos permite orientar un sistema solar con un azimutexactamente al norte.

Salida del Sol, Duracin del Da y Puesta del Sol.

Para el clculo de salida del sol se considera una superficie horizontal, a partir de locual se tiene la ecuacin 3.10.

Hs= arccos (-tgD * tgL) (3.10)

Hs: hora de salida del sol ().

Como se ha mencionado anteriormente, la duracin del da depende de la declinacin,la latitud del lugar, la altitud solar y la topografa. La duracin del da afecta la radiacinrecibida sobre la Tierra, a mayor duracin ms radiacin solar. El clculo de la duracindel da se realiza con la ecuacin 3.11, considerando que el sol recorre 15en una hora.


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Duracin da Hda =2Hs/15 (3.11)

Como es evidente la hora de puesta de sol resulta de la suma de la hora de salida msla duracin del da.

Da Solar.

El da solar es un reloj de sol por el cual se puede obtener la hora solar. Permiteproyectar la sombra de un indicador vertical sobre el reloj, el cual indica la hora y elperiodo del ao correspondiente, pero su aporte en el diseo solar es que con el sepueden obtener las caractersticas de soleamiento y sombreamiento de un edificio, porejemplo el adecuado diseo de un alero y la relacin de sombras entre edificios.

Figura 3.7.Uso del da solar para disear alero.

El da solar se utiliza para disear un alero de manera experimental, aunque tambin sepuede disear de forma numrica segn se detalla en el captulo 5.

En lafigura 3.8se muestra el Da Solar para la cuidad de Concepcin el cual se puedetomar como referencia para Temuco, ya que los resultados con esta aproximacin sondespreciables.


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Figura 3.8:Da solar para Concepcin, aplicable a Temuco.

A continuacin se describe el funcionamiento del Da solar:

Encabezado: Nos indica el lugar para el cual el dial nos entregar la posicin del sol poranalizar.

Curvas de fechas: La lnea curva del extremo superior corresponde a la sombraproyectada en su recorrido diario por el indicador, para el solsticio de verano (21 deDiciembre) y la curva del extremo inferior a la sombra proyectada en su recorrido diariopara el solsticio de invierno (21 de Junio)

La lnea continua a la superior corresponde al inicio y trmino del verano (5 denoviembre y 5 de febrero). La lnea contigua a la del extremo inferior corresponde a ladel inicio y termino de invierno (5 de mayo y 5 de agosto).Tngase presente que desde el punto de vista real o astronmico, la culminacin delverano e invierno corresponden a los respectivos solsticios. Vale decir el da ms largocorresponder al 21 de Diciembre y el da mas corto al 21 de Junio, para nuestro pas.As entonces, si consideramos las estaciones de 90 das cada una, cada estacin deverano e invierno se iniciara y finalizara 45 das antes y 45 das despus de losrespectivos solsticios. De ah las fechas de 5 de noviembre y 5 de febrero para el inicioy termino del verano y las fechas de 5 de mayo y 5 de agosto para el inicio y trmino del

invierno.La lnea recta interior corresponde a la sombra proyectada en su recorrido diario por losdas de equinoccios de Otoo y Primavera (21 de Marzo y 21 de Septiembre) paranuestro hemisferio Sur.

Rectas de horas: Indican la hora simular con el da solar. Estn acompaadas por unnmero, correspondiente a la hora solar, de 7 a 17 horas.Punto de posicionamiento del indicador Gnomon: Corresponde al lugar en que seencuentra en indicador de 2 (cm) de altura que proyectar la sombra a leer.


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Flechas Indicadora de orientacin Norte: Corresponde a la orientacin norte.

Lneas verificadoras de escala: Indican la escala correcta en las dos direcciones. Si

algunas de ellas no tiene 2cm, el uso del dial ser incorrecto.

Utilizacin del da solar: En primer lugar deber seleccionarse el da correspondiente allugar donde la obra se ubica en el pas o al dial mas cercano a su latitud y fijarlo a lamaqueta en estudio, la posicin norte de esta ltima debe coincidir con la posicin nortedel dial.

3.3Fundamentos de Climatologa.

3.3.1Atmsfera.

Capa de gases y vapor de agua que envuelve el planeta Tierra. Los gases son capacesde retener energa solar en forma de calor lo que permite regular la temperatura delglobo y hace posible la existencia de vida humana.La atmosfera puede dividirse envarias capas horizontales, delimitadas principalmente segn la temperatura.

La capa inferior de la atmsfera es la Tropsfera, la vida humana se desarrolla en estacapa que intercepta inferiormente a la superficie terrestre. En la Tropsfera se producenen mayor cantidad los fenmenos meteorolgicos y turbulencias atmosfricas queafectan directamente a la corteza terrestre modelando su relieve, contieneprcticamente todo el vapor de agua y representa el 75% de la masa gaseosa de la

atmosfera.La segunda capa mas importante es la Estratsfera, en donde se ubica la capa deozono, encargada de absorber la mayor parte de las radiaciones ultravioletas quellegan a la Tierra, alrededor de un 18% en conjunto con el vapor de agua, por lo que esuna importante reserva de calor.

3.3.2Clima.

El tiempo es la condicin atmosfrica en un momento y lugar determinado. Los cambiosque ocurren en los estados del tiempo se deben a la sucesin del da y la noche con las

correspondientes variaciones diarias de temperatura, sucesin de las estaciones delao y otras perturbaciones. Para el estudio del clima se considera el promedio de unasucesin de estados de tiempo de aproximadamente 30 aos, por lo cual el clima es elestado medio de la atmosfera sobre un lugar determinado.

El clima es el contexto alrededor del cual se mueven los sistemas solares. Una viviendaubicada en el norte de Chile tiene necesidades trmicas muy diferentes a una viviendaubicada en el sur, una debe tener caractersticas de calefaccin y otra de refrigeracin.Para viviendas que se van a construir en una misma zona climtica se deben considerarfactores como la cantidad de radiacin solar til, das nublados, caractersticas del


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viento, caractersticas de temperatura, y la humedad relativa media, para un adecuadodiseo solar.

3.3.3Elementos del Clima.

Los elementos del clima de un lugar que debemos considerar para el diseo deviviendas son: temperatura, humedad relativa, radiacin solar, nubosidad y viento.

Temperatura.

La temperatura es el principal elemento utilizado para determinar los climas. Esresponsable de la mayor parte de los fenmenos climticos de evaporacin ycondensacin que se producen en la atmsfera siendo el fenmeno mas significativo deeste tipo la nubosidad.

La temperatura del aire es la mayor o menor cantidad de calor que hay en la atmsfera.La principal fuente de calor de la atmsfera es el sol, la atmosfera atrapa la energasolar, deja pasar ciertas radiaciones solares y otras no, anula las radiaciones mortferasy las transforma en rayos calorficos beneficiosos para la vida. Del total de radiacinsolar de onda corta que entra en la superficie de la atmsfera, un 30% es reflejada alespacio por la misma atmosfera, las nubes y la tierra; el 70% restante calienta laatmsfera y la tierra. La tierra refleja como radiacin de onda larga parte de la radiacinque la calienta, parte de la radiacin reflejada es retenida por la atmosfera al igual quela energa de la radiacin solar que la calienta. Pero el calor que adquiere la atmsferano solo es por radiacin, tambin por conveccin mediante la elevacin de corrientes deaire caliente a capas superiores de la atmsfera y por el descenso de capas fras haciasuperficies calientes, y por conduccin a travs del contacto directo con las superficiescalientes de la tierra. Es por eso que la temperatura del suelo tiene relacin indirectacon la temperatura del aire, ya que puede traspasar calor al aire. La temperatura delsuelo depende de la radiacin solar que llegue a ella y otros factores involucrados en sucalentamiento, como su capacidad calorfica y la conductividad trmica de losmateriales que componen los distintos tipos de suelo.

Humedad Relativa.

Humedad atmosfrica es la cantidad de agua o vapor por unidad de volumen de airecontenido en la atmsfera. La capacidad del aire de contener agua o vapor, sin

producirse condensacin, es limitada, por lo cual cuando el volumen de aire contiene elmximo valor posible, se dice que el aire esta saturado. La humedad relativa es elporcentaje de humedad que contiene una masa de aire, en relacin con la capacidadmxima humedad que podra admitir. La temperatura del aire determina su capacidadpara contener el vapor y para cada temperatura existe una capacidad mxima. Si lahumedad relativa es de 100% y la temperatura desciende, se producir roco o lluvia; sila humedad relativa es baja las posibilidades de lluvia son menores.


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Nubosidad.

La nubosidad es la presencia de nubes en el cielo. Las nubes son meteoros acuosossuspendidos por corrientes de aire, que se forman por el enfriamiento del aire, estoprovoca condensacin del vapor de agua presente en la atmsfera, transformndolo enpartculas de hielo cuando su formacin se produce a temperaturas inferiores a la decongelacin, o en gotas visibles cuando la temperatura del aire es ms clida.

Si la capa de nubes es suficientemente gruesa y densa, es una barrera importante parala penetracin de la radiacin, pudiendo reflejar aproximadamente un 20% (Sellers1965), o sea, la cantidad de radiacin reflejada depende de la cantidad de nubes, sugrosor, su densidad y el tipo de nube, ya que el tipo de nube afecta la proporcin deradiacin incidente lo cual se denomina albedo. Adems de reflejar radiacinproveniente del espacio, las nubes retienen parte del calor emitido por la tierra comoradiacin de onda larga; su presencia hace disminuir la variacin de temperatura diaria,evitando mximas de temperatura en el da y mnimas durante la noche y por lo cual lasnoches nubladas son mas calientes que las noches despejadas bajo condicionessimilares.

Viento.

El viento es el movimiento atmosfrico horizontal del aire en la tropsfera. El vientoaporta a distribuir la temperatura y la humedad.

El viento contribuye a distribuir la humedad, ya que cuando pasa sobre ocanos ymares recoge humedad que pierde al pasar por la tierra.

Favorece al desplazamiento de las temperaturas, ya que parte del calor de las zonasecuatoriales de la tierra son distribuidas por el viento hacia las regiones fras o polares yparte del fro a las zonas ecuatoriales. Esto se produce por la tendencia de la atmsferaa distribuir por igual el calor que recibe desde la superficie terrestre o del ocano y mar.Cuando una zona de la tierra se calienta, el aire que la cubre tambin, su volumenaumenta, su peso disminuye y genera un rea de baja presin, el aire sube por sumenor peso y por efecto de equilibrio el aire fro de las capas superiores de latroposfera baja transformndose en vientos cerca de la superficie terrestre. La direccinde los vientos es siempre de las altas a las bajas presiones, y en general de oeste aeste, debido a la rotacin de la Tierra.

Los principales tipos de vientos son los vientos planetarios, continentales, ciclnicos ylocales. Los vientos locales son generados por brisas trmicas que se deben a laexistencia de dos zonas colindantes, pero con temperaturas notablementecontrastadas, como la tierra y el mar o las cumbres de las montaas y los valles. Lasbrisas marinas se caracterizan porque la tierra, durante el da se comporta como zonaclida y el aire sube dejando lugar al aire ms fro del mar, por lo cual el aire circula delmar a la tierra. Por la noche la zona ms clida es el mar y por lo tanto cerca de lasuperficie terrestre el aire circula de la tierra al mar. La cima de las montaas durante elda se comporta como zona clida y el aire sube dejando lugar al aire ms fro del valle


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y cerca de la superficie terrestre el aire circula del valle a la cima. Por la noche la zonams clida es el valle, y el aire circula de la cima al valle.

3.3.4Factores Modificadores del Clima.

Latitud.

Paralelos de Latitud es el permetro formado por la interseccin de la esfera terrestrecon un plano imaginario perpendicular al eje de rotacin de la Tierra. El paralelo 0 se lellama al ecuador terrestre.

Latitud es la distancia angular entre un punto de la superficie de la Tierra y el ecuador.Al sur del ecuador se considera latitud (L) negativa, de 0 a -90, y al norte positiva, de0 a +90.

La importancia de la latitud como factor del clima es que determina la incidencia de losrayos solares sobre la tierra, los cuales influyen en la temperatura en conjunto con otrosfactores trmicos y las condiciones del cielo. Cuanto ms directamente incide laradiacin solar a la tierra, ms calor aporta, pero la incidencia se va modificando por lacurvatura de la Tierra, al irse alejando del ecuador la distancia entre los rayos solaresva aumentando hasta ser tangenciales en el punto norte y sur de los polos. Eso provocaque en los lugares que se encuentran a elevadas latitudes (lejos del ecuador) recibanmenos luz solar que los lugares en bajas latitudes (cerca del ecuador) dando origen aclimas fros. La mayora de la luz solar la recibe el ecuador, los rayos inciden a unadistancia menor uno del otro y son perpendiculares al plano, esto hace que esta sea unrea muy caliente.

Altitud solar.

En astronoma la altitud solar es el ngulo que forma el rayo solar con el planohorizontal, medido en un plano perpendicular a este ltimo. Los factores quedeterminan esta altitud son la latitud del lugar, el momento del da y la estacin del ao.

A mayor altitud solar, mayor concentracin de radiacin solar por unidad de superficieterrestre y ms corto es el camino que recorre el rayo para atravesar la atmosfera, locual aumenta la absorcin de radiacin solar de la tierra. El sol alcanza mayor altitud amedioda en el solsticio de verano y la menor altitud el solsticio de invierno.

Para calcular la altitud en grados, se puede usar la ecuacin (3.12):

Sen = sen L*sen D+cos L*cos D*cos H (3.12)

= altitud ()L=latitud ()D=declinacin ()H=ngulo de hora solar


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Altitud.

En geografa y meteorologa la altitud es la distancia vertical a un origen determinado(nivel cero), que generalmente es el nivel medio del mar.

La altitud afecta en gran medida el clima de un lugar, porque al aumentar este factordisminuye la temperatura de la atmosfera, por eso los lugares ms altos tienetemperatura menor que otros lugares en igual latitud, pero con menor altura. Se estimaque la temperatura disminuye aproximadamente 1 C cada 180 m.

Relieve.

El relieve es la forma superficial de la tierra, es un factor influyente en el clima de unlugar, determina las corrientes de aire, la radiacin solar, la vegetacin, humedad,etctera.

La orientacin del relieve es la direccin de las superficies con pendiente, lo cualdetermina a escala local la cantidad de radiacin recibida, por ejemplo, al sur delTrpico de Capricornio las laderas orientadas al norte recibirn mayor radiacin que lasorientadas al sur. La orientacin del relieve con respecto a la incidencia de los vientosdominantes tambin determina la existencia de dos tipos de laderas: barlovento, queson aquellas laderas con la misma orientacin que los vientos dominantes, y desotavento, con orientacin contraria al barlovento.

Los lugares a grandes alturas tienen una masa de aire menor, por lo cual reciben mayorradiacin solar directa en das despejados que lugares ms cercanos al nivel del mar.Pero adems se producen mayores prdidas de radiacin reflejada por la tierra, ya queesta pasa ms fcilmente por la masa de aire que es de menor densidad. Es por esoque la temperatura y las masas de aire son mas fras, este fenmeno en que a mayoraltura menor temperatura se la llama variacin del gradiente trmico vertical.

Los valles o superficies planas tienen mxima exposicin a los vientos, en cambio lasmontaas son una barrera a los vientos y a la humedad que podra llegar con ellos, porejemplo desde el mar. A este fenmeno se le puede llamar efecto barrera, por causadel relieve el aire fro asciende en altura, lo que produce prdida de temperatura yaumento de la humedad relativa hasta saturarse y hacer que llueva. Las montaastambin son responsables del efecto contrario, una vez que el aire se ha secado, pasala cima de la montaa y desciende por la ladera contraria provocando vientos fuertes,secos y clidos.Es comn que las montaas tengan un lado yermo y el otro cubierto devegetacin, esto porque las montaas generan dos zonas de exposicin a la radiacin,dependiendo de la orientacin y de la conformacin de sus elevaciones, originando doszonas o microclimas, una en barlovento y otra en sotavento, de diferente temperatura,duracin de la luz solar directa y con diferencias de presin de aire; asimismo lavegetacin tambin ser afectada por la luz solar recibida, la humedad y el viento.

En resumen, lo ideal para obtener mayor radiacin solar es que el relieve del terrenotenga orientacin norte y en una ladera con ngulo de inclinacin cercana a los 45.


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Proporcin tierra agua.

La proporcin tierra y agua es la relacin entre los cuerpos de agua y la tierra firme deun lugar. Grandes masas de agua como ocanos, golfos, lagos y lagunas producen unaserie de fenmenos climticos como la brisa y la disminucin de oscilacin trmica,adems el agua incrementa la humedad del aire. El agua almacena gran parte del calorque recibe, la tierra, en cambio lo devuelve rpidamente a la atmsfera. Una granproporcin de la radiacin que llega a la tierra se refleja sin calentarla, eso dependeprincipalmente del tipo del suelo y la superficie.

La transmisin de calor por el suelo se produce casi en su totalidad por conduccin y elgrado de conductividad depende del contenido de humedad y la porosidad de cadasuelo. La arena, turba y arcilla absorben ms a menos calor respectivamente.

La superficie marina refleja muy poco, excepto si el ngulo de incidencia de los rayossolares es grande, el mar puede absorber ms de un 90% de la radiacin incidente locual tambin depende de su transparencia ya que el 20% de la radiacin penetra hastanueve metros de profundidad en el agua marina.

Se presenta tabla 3.3 con el tipo de superficie y el respectivo albedo (% de radiacinreflejada por una superficie).

Tabla 3.3.Tipo de superficie y respectivo albedo.

Tipo de superficie Albedo (%)Aguas calmadas, con altitud angular delsol superior a 60

2 a 3 %

Aguas calmadas, con altitud angular delsol de 15

+ de 50%

Superficie de tierra 8 a 40%Bosque 9 a 18%Hierba 25%Ciudades 14 a 18%Desierto de arena 30%Nieve Hasta 90%

Nieve sobre superficies con vegetacin 30 a 50%

Las caractersticas de calentamiento de la tierra y el agua tambin dependen de suscalores especficos. El calor especfico del agua es mucho mayor que el de la mayorade las sustancias, por lo que el agua debe absorber cinco veces mas energa calricapara subir su temperatura en al misma medida que una masa de suelo seco. Lasituacin es inversa cuando se enfra el agua, ya que entonces se libera una grancantidad de calor. Por los motivos expuestos los ocanos almacenan gran cantidad delcalor mundial y la evaporacin de su agua implica un gran gasto de calor, ya que serequiere mucha energa para evaporar.


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La diferencia en los calores especficos provoca que la capa trmica de la tierra secaliente y enfre mucho ms rpido que los ocanos, los cuales tienen tres capastrmicas. El desfase entre los periodos de temperaturas superficiales mximas ymnimas en la tierra es de un mes y del ocano es de dos meses. Las oscilacionesanuales y diurnas de temperatura son menores en localidades cercanas a los ocanosque en localidades lejanas a las grandes masas, adems la lejana dificulta que llegueaire hmedo hasta esas localidades e implica un descenso de las precipitacionesprovocadas por evaporacin de agua.

3.3.5Tipos de Clima.

Clasificacin de las escalas climticas.

Las escalas climticas son el orden en cuanto a extensin superficial que se da alclima, segn Arlery, pueden ser agrupados en:

a) Macroclimatologa: para superficies mayores a 2.000km.La provincia de Cautn,regin de la Araucana tiene una superficie de 13.433,3km, por lo cual seencontrara dentro de esta clasificacin.

b) Mesoclimas: Se encuentran entre los 200 y 2.000km.Temuco tiene unasuperficie de 464 km, por lo cual se encontrara se podra clasificar como unmesoclima.

c) Climas locales: conjunto de reas ms pequeas que presentan rasgosclimticos similares, pero con diferencias importantes producto de la altitud,orientacin, tipo de cubierta vegetal y proximidad y lejana del mar.

d) Microclimatologa: espacios ms reducidos cuyos rasgos estn determinados porfactores del entorno prximo, cuyo clima puede ser modificado por factoresespecficos

Para el diseo de sistemas solares es necesario conocer las condiciones climticas enal menos dos escalas climticas. La macroclimatolgica y la microclimatolgica. Eldiseo se debe enfocar en ambos niveles, pudiendo modificar factoresmicroclimatolgicos y adaptarse a las condiciones macroclimatolgicas.

Clima Urbano.

La ciudad es una zona urbana que puede cambiar las condiciones climticas y

ambientales del entorno. El clima urbano es aquel que se genera en una ciudad, perocomparndolo con el clima prximo o regional. Se puede decir que el clima urbano tienecomo base el clima regional (macroclima o mesoclima), pero ese clima es modificadopor factores urbanos.


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Figura 3.9.Capa lmite y Dosel urbano.

a) La capa lmite es una capa de aire turbulento y generalmente contaminadogenerada por el calentamiento del aire en contacto con el suelo y la altura de losedificios.

b) Dosel urbano es el espacio entre el suelo y la cubierta de los edificios. En estesector se entrelazan diferenciados microclimas producidos en espacios reducidosen los cuales los principales elementos modificados son las temperaturas y elviento.

Las caractersticas de las modificaciones difieren en funcin de la ciudad y los distintoselementos que la componen como el tipo de red vial, densidad y tipo y materialidad deedificaciones. Las variables afectadas por el clima urbano son:

a) Temperatura: se ve aumentada entre 0,5C y 1C, tiene una distribucin espacialsegn la densidad de las edificaciones y el uso de suelo, la distribucin trmicaes de tipo concntrica disminuyendo generalmente del centro hacia la periferia.

b) Radiacin solar directa: disminuye debido a la polucin y a las sombras creadaspor los edificios, como estos factores son muy diferentes en cada ciudad no setienen valores representativos.

c) Iluminacin disminuye por la altura de los edificios y anchura de calles, eldescenso tambin es muy variable entre un 50% a un 92%.

d) Humedad, precipitaciones y viento: por lo general el viento disminuye entre un20% y 30%, la humedad disminuye aproximadamente un 6% y lasprecipitaciones aumentan entre 5% y 10%.Los porcentajes indicados fuerondeterminados comparando con reas rurales prximas y segn Landsberg.


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3.3.6Clasificacin Climtica de Temuco.

Macroclima.

Segn la Direccin Meteorolgica de chile, el clima de la regin desde los 38S seclasifica como Clima templado lluvioso con influencia mediterrnea, por la influenciaocenica, las amplitudes trmicas y precipitaciones durante todo el ao, siendo estasdos ultimas las principales caractersticas de Temuco. Segn la clasificacin de Kppenel clima se puede describir como Clima Templado Lluvioso, con corta estacin desequa.

Se presenta la descripcin de los elementos que determinan el clima segn lasmediciones realizadas en la Estacin Meteorolgica de la Universidad Catlica deTemuco, desde 1981 a la fecha.

Elementos climticos de Temuco.

Temperatura del aire.

Temuco presenta marcadas oscilaciones de temperatura con diferencias de unos 9Centre Enero y Julio, para la temperatura media. Oscilacin de las mximas mediasde13C y de 6C para las mnimas medias. Las extremas absolutas (1981 a 1998)varan entre -5 C (junio) y 37 C (febrero).

En resumen: el clima de Temuco presenta marcadas variaciones estacionalesdefinindose meses fros, templados y clidos.

Figura 3.10.Temperaturas mximas, mnimas y medias para Temuco desde el ao1981.


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Tabla 3.5.Humedad relativa media mensual, ao 2007 y promedio del periodo 1981-2006.

v.r. : promedio del perodo 1981-2006. UCT.vn: promedio del periodo 1966-1977.

Radiacin Solar.

En la figura 3.10 se presenta la radiacin global media diaria mensual, para el perodo1992 a 1998. Se observa una marcada oscilacin anual entre unos 700 MJ/m2 , en

Diciembre y Enero, y unos 100 MJ/m2 en junio.

Figura 3.11.Radiacin integrada media mensual, periodo 1992-1998.


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La irradianza muestra marcadas variaciones durante el ao. En efecto, mientras enEnero la irradianza media alcanza a unos 800 W/m2 al medioda, en Junio a la mismahora, alcanza slo a unos 200 W/m2.

Figura 3.12.Irradianza media mensual, ao 2007.

En la tabla 3.6 se presenta la radiacin global integrada mensual e irradianza mediadiaria para el ao 2007, medidas con piranmetro de celda. (rango: 400 a 1100nm).

Tabla 3.6.Radiacin global integrada mensual e irradianza media diaria para el ao2007

Nubosidad.

Tabla 3.7.Valores mensuales de duracin (hrs) de insolacin.


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Viento.

En Temuco se destaca el predominio de las direcciones con componente Oeste.

Factores climticos de Temuco.

a) Latitud: La latitud de la ciudad de Temuco es de 3844.b) Altitud solar: Como se ha mencionado en el captulo 3.3.4, la altitud solar

depende de muchos factores por lo cual no es posible determinarla como unvalor nico.

c) Altitud: la altitud sobre el nivel del mar es de 110 metros.d) Relieve: La ciudad se encuentra en la depresin intermedia y esta rodeada por

los cerros ielol y Conun Huenu.e) Proporcin tierra agua: Temuco se encuentra en la depresin intermedia por lo

cual su clima no es afectado directamente por la presencia ocenica.

Microclima.

Dentro de la ciudad de Temuco existen muchos microclimas, dependiendo de laubicacin en la que nos encontremos. Si estamos en el centro de la ciudad, existen 2zonas con mayor densidad de edificios de altura, en esas zonas estamos en presenciade un clima urbano, las edificaciones disminuyen por sombreamiento la recepcin deradiacin solar directa, pero la temperatura puede aumentar por la disminucin en lavelocidad del viento y la radiacin emitida por pavimentos y edificios. En sectores altoscomo Pedro De Valdivia y dependiendo de la orientacin se pueden generar

microclimas con radiacin y velocidades del viento mayor o menor que la media paraTemuco. En zonas planas y menos densas la principal ventaja para la aplicacin de unsistema solar es que la radiacin solar directa tiene menores posibilidades de serobstaculizada por sombreamiento tanto de edificios como de cerros, adems los sitiospueden ser mas amplios lo que facilita un adecuado emplazamiento de la vivienda y laposibilidad de generar pequeos microclimas en el sitio, lo cual tambin puedecolaborar al bienestar trmico de la vivienda.

3.4Fundamentos de Transferencia de Calor.

3.4.1Temperatura y Calor.

La temperatura es la medida de la energa cintica o de movimiento de las molculas,es una propiedad de la materia, a mayor movimiento de las molculas de un cuerpo,mayor temperatura. Si un cuerpo tiene mayor temperatura se dice que esta caliente y siposee menor temperatura se dice que esta fro.

La diferencia de temperatura entre cuerpos produce intercambio de energa entre ellos,esa energa en transicin se denomina calor. El calor se mueve del cuerpo mas calienteal ms fro.


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Si a un cuerpo se le aporta o quita calor, su temperatura aumenta o disminuye, lamayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para cambiar su temperatura se lellama capacidad calorfica, a mayor capacidad calorfica de un cuerpo, mayor dificultadpara calentarlo.

A la capacidad de los materiales de absorber y entregar calor se le llama inerciatrmica. Viviendas con escasa inercia trmica tendrn variaciones bruscas detemperatura en el interior, ya que reaccionan rpidamente a la radiacin solar,calentndose, pero en ausencia de radiacin solar se enfran ms rpido. En viviendascon gran inercia trmica, la radiacin solar no provocar una subida rpida de latemperatura, el calor se est almacenando y se libera lentamente durante la nochecuando las temperaturas son inferiores; adems, las variaciones de temperatura seamortiguan, no alcanzando valores tan extremos. En este proceso se producen dosfenmenos: el retardo en el paso de las temperaturas y la amortiguacin en la variacininterior de la temperatura en comparacin con el exterior.

El calor especfico es la capacidad de un cuerpo para almacenar calor y msespecficamente, la cantidad de calor que se debe suministrar a 1kg de material paraque su temperatura se eleve en 1C.

Tabla 3.8.Materiales de construccin y sus caractersticas fsico trmicas.

MaterialCalor

especficoKcal/KgC

CapacidadcalorficaKcal/mC

DensidadKg/ m

Conductividadk (W/mC)

Agua 1 1000 1000 0,640Madera de Roble 0,57 430 750 0,157Madera de Pino 0,6 384 640 0,104Ladrillo 0,2 400 2000 0,645Hormign 0,16 350 2300 0,500Poliestirenoexpandido

0,4 10 25 0,0395

Fibra de vidrio 0,19 2,8 15 0,558Aire 0,24 0,29 1,2 0,0275

Mecanismos de transferencia de calor.

La transferencia de calor se realiza a travs de tres mecanismos, las cualesgeneralmente se producen simultneamente siendo difcil determinar el aporte de cadamecanismo a la transmisin de calor entre un muro y el ambiente.

Conduccin:paso de calor por contacto fsico directo entre dos sistemas o cuerpos, laconduccin tiende a igualar la temperatura de los cuerpos en contacto, traspasando elflujo de calor desde la regin ms clida a la ms fra. En un muro se produce cuando


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el calor viaja de una capa de temperatura ms alta del muro a una capa detemperatura inferior, producto del contacto directo entre las molculas del material.

qk= T/Rk (3.13)

qk: flujo de calor por conduccin(W)Rk: resistencia trmica por conduccin=x/(k*A)A : rea perpendicular al flujo de calor(m)k : conductividad trmica(W/mC)

En la tabla 3.8 se presentan algunos valores de k.

Los materiales con alta conductividad trmica, son aquellos que facilitan el flujo de calorpor conduccin, por lo que son buenos conductores y malos aisladores trmicos. Enconstruccin de viviendas los aislantes apropiados mas usados son el aire esttico, elpoliestireno expandido y la lana mineral. Para impedir el flujo de calor a travs de unmuro se debe aumentar su resistencia trmica por conduccin, lo cual se puede lograraumentando su espesor y agregando material aislante.

Conveccin: paso de calor por desplazamiento de fluido, sea agua o aire. Laconveccin natural es cuando el fluido se calienta, aumenta su volumen y comoconsecuencia su densidad varia, esta diferencia de densidad produce eldesplazamiento. La conveccin forzada es cuando el desplazamiento se produce por laimpulsin de una bomba o ventilador. Conveccin mixta es cuando se superponen lasfuerzas que producen la conveccin natural y la forzada.

Por ejemplo, se produce conveccin cuando el aire de un ambiente est en contactocon un muro el cual tiene distinta temperatura que el aire. Si el muro esta ms fro queel aire al interior de una habitacin, se producir paso de calor del aire al muro por loque el aire prximo al muro se enfriar, aumentar su densidad y peso, y descender;el muro contrario recibe mayor radiacin solar por lo que esta ms caliente, traspasandoese calor al aire, el cual se hace mas liviano y asciende.


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Figura 3.13.Conveccin en muros de una habitacin.

qc = (Ts Tf) (3.13)Rc

qc: flujo de calor por conveccin(W)Ts: temperatura de la superficie (C)Tf: temperatura del fluido (C)Rc: resistencia trmica por conveccin (C/W)=1/(hc*A)hc: coeficiente de transferencia de calor por conveccin(W/mC)

En la ecuacin 3.13, se aprecia el uso indirecto del coeficiente de transferencia de calorpara el clculo de conveccin, este coeficiente es el parmetro que relaciona el flujo delcalor entre una superficie y el ambiente como funcin lineal de la diferencia detemperatura superficie aire.

Para el clculo simplificado del coeficiente h, se utiliza la direccin del flujo del calor y lavelocidad del aire, el ltimo referido a ambientes interiores con aire casi en reposo yambientes exteriores con viento a velocidad en torno a los 8km/h. No se consideranotros factores que influyen en el proceso fsico de transmisin de calor, por tratarse deun clculo aproximado.

En la prctica se utiliza como coeficiente de resistencia trmica superficial el recprocodel coeficiente de transferencia de calor por conveccin. En superficies exteriores Rse =1/he y para interiores Rsi = 1/hi.


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Tabla 3.9. Resistencias Trmicas Superficiales.

Resistencias Trmicas Superficiales (m2C/W))Inclinacinde

elementos

Sentido delflujo del

calor

Elementos exteriores Elementos interiores

1/hi 1/he1/hi +1/he 1/hi=1/he

1/hi +1/he

Verticales

Horizontal 0,12 0,05 0,17 0,12 0,240,12 0,05 0,17 0,12 0,240,12 0,05 0,17 0,12 0,24

0,12 0,05 0,17 0,12 0,24

Horizontaleso ligeramente

inclinados

Ascendente 0,09 0,05 0,14 0,1 0,340,09 0,05 0,14 0,1 0,34

0,09 0,05 0,14 0,1 0,340,09 0,05 0,14 0,1 0,34

Horizontales

Descendente 0,17 0,05 0,22 0,17 0,340,17 0,05 0,22 0,17 0,340,17 0,05 0,22 0,17 0,34

0,17 0,05 0,22 0,17 0,34

Radiacin: paso del calor a travs de ondas electromagnticas, sin necesidad de

medio para transmitirse.

Se denomina emisividad a la cantidad de calor emitida por unidad de superficie y porunidad de tiempo, en una direccin dada. El coeficiente de emisividad es la relacinentre el poder emisivo de un cuerpo cualquiera y un cuerpo negro, este valor va delcero al uno.

Se considera que un cuerpo negro es un emisor de energa ideal por que sucoeficiente de emisividad es uno. La cantidad de energa que emite depende de sutemperatura. La energa radiante emitida por un cuerpo negro se determina a travsde laecuacin 3.14.

qr negro= * (T)4 (3.14)

qr negro: Energa radiante emitida por un cuerpo negro (W/m): constante = 5,6699 * (10)-8T:temperatura absoluta de la superficie (C).


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Un cuerpo real emite menos energa que uno ideal, por lo cual de presenta la ecuacin(3.15) para calcular la emisividad. De la cual se obtiene que la emisividad de un cuerpoes el cociente entre la energa radiante emitida por un cuerpo real y la energa radianteemitida por un cuerpo negro.

= qr real / qr negro (3.15)

De la ecuacin anterior se despeja el valor de la energa radiante emitida por un cuerporeal, obteniendo laecuacin 3.16.

qr real = * * (T)

4 (3.16)

La energa radiante que llega a un cuerpo puede ser absorbida, reflejada o transmitida,de lo cual nace la primera ley de termodinmica: energa absorbida, ms energatransmitida ms energa reflejada es igual a la unidad.

En un muro se produce transmisin de calor por radiacin cuando intercambia calor conel entorno mediante absorcin y emisin (emisividad) de energa por ondaselectromagnticas. En una vivienda puede haber intercambio de calor radiante entreuna persona y los muros de la habitacin, o por ejemplo, entre la vivienda y las nubes,aunque el intercambio de calor generalmente es mnimo.

El vidrio, policarbonato, acrlico y polister son materiales de construccin que tambinreaccionan a la radiacin. El vidrio permite pasar gran porcentaje de energa radiantesolar de onda corta e impide el paso de la radiacin de onda larga emitida por loscuerpos. Los plsticos mencionados permiten el paso de la radiacin ultravioleta einfrarrojo.

Coeficiente de Transferencia de Calor.

U= 1 (3.17)(Rt *1)

U: Coeficiente de transferencia de calor (W/mC).Rt: resistencia trmica total, correspondiente a la suma de las resistencias parciales porconduccin y conveccin (mC/W).

En un muro, el aire le entrega calor por conveccin, lo atraviesa por conduccin yposteriormente el muro trasmitir el calor por conveccin, en cada una de estas etapasexistir una resistencia al traspaso de calor, esa resistencia se observa en la figura3.14.


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Figura 3.14.Resistencia trmica a travs de un muro.

Tabla 3.10.Resistencia de materiales por m de rea de intercambio.

MATERIAL R(m2C/W) OBSERVACINMadera 0,07 Para 1cm de longitudLadrillo 0,014 Para 1cm de longitud

Hormign normal 0,0061 Para 1cm de longitudYeso Cartn 0,038 Para 1cm de longitud

Fibro cemento 0,00016 Para 1cm de longitudPoliuretano 0,243 Para 1cm de longitud

Poliestireno 0,243 Para 1cm de longitudPoliestireno 0,243 Para 1cm de longitudPoliestireno 0,243 Para 1cm de longitud

Vidrio de ventana simple 0,15380 1 hoja

Vidrio de ventana simple 0,15380 1 hojaVidrio de ventana simple 0,15380 1 hoja


Vidrio de ventana simple 0,15630 1 hojaVidrio de ventana simple 0,15630 1 hoja


Vidrio de ventana simple 0,15870 1 hojaDoble vidriado hermtico(DVH) 0,32200 3mm,10mm,3mm

Doble vidriado hermtico(DVH) 0,32200 5mm,10mm,5mmDoble vidriado hermtico(DVH) 0,32200 6mm,10mm,6mm

Doble vidriado hermtico(DVH) 0,33000 3mm,12mm,3mm

Doble vidriado hermtico(DVH) 0,33000 4mm,12mm,4mm


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Se debe considerar que la humedad relativa tambin influye en la sensacin debienestar trmico, por ejemplo, si la humedad relativa es baja se soportan temperaturasmayores manteniendo sensacin de bienestar trmico, pero para mantener el bienestarsi la humedad relativa es muy alta, la temperatura debe ser baja.

3.6.2Bienestar Trmico en Edificacin.

Para conseguir el bienestar trmico el hombre se ha adaptado a las condicionesclimticas impuestas y a las sensaciones de su organismo, para su adaptacin hadebido modificar las condiciones del entorno a travs de la vestimenta y principalmentede la vivienda. La temperatura de la vivienda se debe mantener en el rango de 17 y24C para ofrecer condiciones de bienestar trmico al cuerpo humano.

La envolvente de la vivienda tiene un papel importante en el bienestar trmico quepueda producir dicha edificacin. Una envolvente sin aislacin trmica requiere una altatemperatura de calefaccin, consecuentemente el habitante tendr sensaciones debochorno, resfros por cambios de temperatura y alto costo en calefaccin. El usoadecuado de aislante trmico en la envolvente implica mayor temperatura de lasuperficie interior, por lo que se requerir menor temperatura del aire y comoconsecuencia menor necesidad de calefaccin.

3.6.3Factores determinantes del Bienestar Trmico.

La sensacin de bienestar trmico depende de una serie de factores, la variacin decada factor determina como se percibe el ambiente. Los factores son:

a) Factores fsicos como la temperatura del aire, la humedad, la velocidad del aire yel entorno radiante.

b) Factores circunstanciales como la actividad, la vestimenta y el tiempo depermanencia en el ambiente.

c) Factores fisiolgicos como la edad, el sexo y otras caractersticas de laspersonas.

d) Factores psicolgicos y sociolgicos como las expectativas, la condicin social yla nacionalidad.

A continuacin se explicarn con ms detalles los factores fsicos, ya que estos son losde mayor relevancia para el presente estudio.

Temperatura

Estudio del muro trombe y factibilidad técnica de su uso en Temuco

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