UNIVERSIADAD AUTONOMA DE SAN LUIS POTOSI

FACULTAD DEL HABITAT

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN.

EXPERIENCIAS CON ECOTECNIAS APLICABLES A LA

VIVIENDA RESIDENCIAL Trabajo Recepcional para obtener el título de Arquitecto

Presenta. Rodrigo Sebastián Malo Ortiz

Asesor para Proyecto de Investigación.

Dr. Arq. Gerardo Javier Arista González.

Sinodal por Coordinación; Arq. Jorge Aguillón Robles. Sinodal por Dirección; Arq. Ricardo Alonso Rivera.

Noviembre 2015

San Luis Potosí, S.L.P.

Pág

ina2

AGRADECIMIENTOS

Agradezco infinitamente a mis padres; Ing. José María Malo Castillo,

Patricia Margarita Ortiz García por su apoyo incondicional en la aventura para estudiar Arquitectura.

A mi Asesor, Dr. Arq. Gerardo Javier Arista González por su apoyo,

consejos, paciencia y comprensión. Agradezco a la Facultad del Hábitat y a todos mis Maestros que me

brindaron sus conocimientos, paciencia, comprensión y dedicación; Arq.

Martha Pérez Barragán, Arq. Ernesto Zarate Bocker, a mis compañeros

especialmente a Alessandro Amoretti quien me insto a superarme. A mi tío Dr. Jorge Ignacio Malo Castillo (QEPD) quien en un viaje a Puerto

Vallarta me hizo reconocer la emoción en los espacios arquitectónicos y así

el deseo por estudiar Arquitectura. A mi esposa María Elena Aldrete Siller y a mi futuro hijo(a) dedico este

esfuerzo para poder garantizarles mejores condiciones de vida en el

ejercicio de esta profesión que tanto amo.

Pág

ina3

INDICE

Agradecimientos__________________________________________________ Pág. 2

Cap.1 El Planteamiento.___________________________________________ Pág. 5

1.1 ¿Qué es una ecotécnica?. 1.2 Ventajas y desventajas.

1.3 Clasificación de las ecotecnias.

1.4 Vivienda sustentable. 1.5 ¿Qué es una casa ecológica?

1.6 ¿Por qué una casa residencial ecotécnica.

Cap. 2 La vivienda unifamiliar residencial._______________________Pág.21 2.1 Querétaro en cifras.

2.2 Población en Querétaro capital y Municipios

Conurbados. 2.3 Localidades más pobladas, Querétaro capital más

Municipios conurbados.

2.4 Habitantes por edad y sexo. 2.5 Viviendas.

2.6 Hogares.

2.7 Actividades económicas. 2.8 Actividades económicas y personal ocupado.

2.9 Factor de crecimiento demográfico en el Estado

de Querétaro. 2.10 Nicho, vivienda media-residencial.

2.11 Encargo del proyecto y la construcción de una

vivienda ecológica.

Cap. 3 Diseño Bioclimático.___________________________________ Pág. 30

3.1 Definición bioclimático.

3.2 Diagrama psicométrico y diagrama bioclimático. 3.3 Aspectos acústicos.

3.4 Reverberación.

3.5 Niveles de bienestar medios. 3.6 Aspectos lumínicos.

3.7 Ciclo diario y estacional.

3.8 Niveles lumínicos medios. 3.9 Aspectos constructivos.

Pág

ina4

Cap. 4 Ecotecnias aplicables a la Vivienda Residencial

Unifamiliar.______________________________________________________ Pág. 42

4.1 Louvers. 4.2 Sistemas para reciclar aguas grises.

4.3 Sistemas para almacenamiento, tratamiento y

utilización de aguas pluviales. 4.4 Techos y cubiertas verdes.

4.5 Calentadores solares.

4.6 Celdas para Paneles Fotovoltaicos.

Conclusiones.__________________________________________________ Pág. 134

Aplicación de ecotecnias en vivienda residencial._________________ Pág 137

Anexo.

Como adquirir un equipo solar.________________________________ Pág. 149

Bibliografía.____________________________________________________ Pág. 154

Palabras clave.

Residencial

Unifamiliar Ecotecnias

Envolvente Energía solar

Calentador solar Fotoceldas

Panel fotovoltaico Azoteas verdes Techos verdes

Pág

ina5

Capítulo 1 Planteamiento. La vivienda residencial unifamiliar en México representa a un estrato

social amplio, pues desde la clase media hasta la clase alta puede adquirir

una vivienda de este tipo. Las viviendas tienen también varias clasificaciones así como la clase media en México aunque estas dos

variables no sean correspondientes. Es decir la clase media-media puede

optar por una vivienda residencial tipo clase media-alta o media-baja. Es por esto que las ecotecnias en pleno siglo XXI tienen un amplio

espectro de aplicación en la vivienda residencial, las cuales tienen una

incidencia en el ambiente, entorno y contexto de una manera muy puntal.

La importancia de este trabajo se espera sea la conciencia y el conocimiento para los constructores y desarrolladores de vivienda de este

tipo, el aplicar las ecotecnias sugeridas dentro de un presupuesto, tanto de

adquisición, mantenimiento y depreciación. Así como la amortiguación del costo de adquisición por los beneficios operativos en la vivienda. Por

ejemplo la clase alta utiliza paneles solares para no tener gastos fijos altos

en su consumo de electricidad. Esta es la premisa para aplicar esta ecotécnica, no el medio ambiente ni la preservación del mismo.

Fig.1 Vivienda Residencial.

Ahora, ¿las ecotecnias son de resiente innovación?

Ya en las remotas culturas, el hombre primitivo se preocupó mucho más

que del vestido –ellos iban casi desnudos en regiones de clima

Pág

ina6

relativamente benigno-, se preocupó, repito, de la vivienda. ¡Oh! De

viviendas muy rudimentarias, en los albores de la incipiente cultura.

Desde chozas de ramas con techumbre de paja, o amplias hojas secas, hasta los todavía vigentes »igloos«, de hielo, esquimales, pasando por

mínimas cabañas de adobe con techo vegetal. Y sin embargo, esta

arquitectura primitiva es muy racional y responde perfectamente a las necesidades ecológicas.

Al correr de los siglos, por diversos caminos discurrió la evolución, hasta

llegar a las pétreas construcciones medievales, en donde, con frecuencia, el confort era tan mal servido que, incluso, solía filtrarse el aire exterior

por los muros de los castillos, entre sus piedras no unidas con cemento ni

mortero ninguno.

En esto no se había progresado –sino al revés- desde la antigüedad clásica; mas luego volvió a darse un paso avante en los últimos siglos del

medioevo, y durante toda la Edad Moderna.

Sin embargo tardo muchísimo en afrontarse, de modo científico y sistemático el estudio de los problemas constructivos y urbanísticos que

plantea la ecología.

Se planteaban grandes edificios, magníficos palacios, atendiendo a su aspecto artístico, grandiosidad externa y suntuosa apariencia interna.

Se proyectaban las viviendas con esmero, quizá, pero sin cuidar

debidamente –sin tener en cuenta en grado suficiente- los problemas que plantea la ecología.

Pues una vivienda es no solo y meramente un cobijo más o menos grato a

la vista en lo estético, sino que debe ofrecernos las máximas garantías de

confortabilidad para un vivir allí más cómodo y más sano. Para lograr la mejor vivienda posible en un determinado lugar, hay que

coordinar con el mundo o ambiente exterior; irradiación solar, vientos

reinantes, temperaturas, sombras proyectadas por masas cercanas, grado de humedad que puede producir la vecindad de tupidas frondas, etc., hay

que coordinar con toda la circunstancia externa las condiciones de la

nueva vivienda proyectada para que, de la máxima armonía entre aquellas circunstancias y las características programadas, surja la más perfecta

solución posible.

A pesar de la importancia que presenta el problema, en general se opera con escaso espíritu científico. Impera mayormente la rutina. Cierto es que

el asunto no es fácil; requiere sólida y extensa preparación y efectuar un

estudio concienzudo en cada caso. (Puppo, 1999)

Se sabe que los arquitectos de la antigüedad diseñaban y aplicaban ecotecnias a sus construcciones y/o edificaciones se puede enunciar

varios proyectos hasta el siglo XX en donde el patio central de una

vivienda residencial urbana o campestre incluía este aprovechamiento del sol y del viento para climatizar las habitaciones, en la Grecia clásica, Roma

republicana e imperial se recolectaba también en este patio central el agua

de lluvia para posterior uso. La ventilación de las habitaciones por medio del patio central con los intercolumnios, los huertos en las viviendas, la

Pág

ina7

construcción con materiales sin proceso industrial, tales como la piedra, la

madera, tierra y el barro.

Fig.2 Vivienda residencial romana

Ahora los arquitectos en el siglo XXI nos estamos familiarizando con estas

tecnologías verdes o ecológicas para integrarlas desde el diseño hasta la

edificación de viviendas residenciales. Para ello hay que tomar cursos y

capacitaciones extras de las materias impartidas en licenciatura, hay especializaciones, talleres y seminarios.

El problema es el siguiente; la tecnología ya llegó a México, hay tecnología

de importación como la hay nacional basta ir a una feria de productos y relacionados con la construcción para percatarse de esto. Lo que no hay es

técnicos especialistas al alcance para desarrollar proyectos sustentables

en el número en el que se desarrollan proyectos habitacionales. Esto es para sistemas activos, pues los hay también pasivos en donde el

diseño bioclimático es el eje rector para usar la ecología y el medio

ambiente en nuestro beneficio, pues el diseño bioclimático atiende primeramente al clima donde se edificara la vivienda, la orientación de las

habitaciones así como también los materiales para la construcción de la

vivienda, ya sean elaborados artesanal, industrial o de extracción

primaria. Hoy día la azotea retoma la idea de ser otro espacio habitable en la

vivienda la cual tiene potencialidad en su uso pues presenta óptimas

condiciones de asoleamiento y ventilación, un concepto que ya comienza a extenderse en algunas partes del mundo incluyendo nuestro país, es el del

aprovechamiento y reciclaje de recursos naturales; a través de la

implantación de mecanismos simples o sofisticados para el uso de la energía solar y la energía eólica; así como la captación pluvial, las que al

Pág

ina8

ser combinadas entre ellas y/o con otros elementos naturales, también

pueden establecer verdaderos sistemas ecológicos, tendientes a la

producción de algún tipo de alimento para el consumo familiar utilizando huertos verticales, hortalizas, cultivo de peces, conejos y algunas aves de

corral. (Ríos, 1988, pág. 110)

1.1 ¿Qué es una ecotécnica o ecotecnia? Podemos buscar las raíces griegas de esta palabra de reciente acepción;

Oikos: casa

Teknos: conjunto de procedimientos de que se sirve una ciencia para

conseguir un objetivo. Por lo tanto Ecotecnia ó Ecotécnica, es la aplicación de conceptos

ecológicos mediante una técnica determinada para lograr una mayor

concordancia con la naturaleza, una tecnología que produce un bien ecológico. Puede también ser un sistema el cual ayude al hombre a aliviar

algunas de sus necesidades teniendo en cuenta primordialmente el

equilibrio ecológico. (Vélez, 2007)

Fig.3 Patio central en vivienda residencial Romana

Pág

ina9

O bien es un instrumento desarrollado para aprovechar eficientemente los

recursos naturales y materiales y permitir la elaboración de productos y

servicios, así como el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y materiales diversos para la vida diaria

1.2 Ventajas y Desventajas

Ventajas.

Limitan el impacto humano sobre la biosfera.

Mantienen el patrimonio biológico.

Utilizan racionalmente los recursos naturales no renovables.

Mejoran la salud de las personas.

Hay reciclaje y manejo de desechos en forma adecuada.

Desventajas. Su desarrollo está estancado, no hay desarrollo en estas técnicas

principales razones son:

Políticas;

o 1) Hay subsidio en el costo de los servicios, es por esto que

muchas personas no tienen motivos para pensar en otras fuentes de energía, los precios de los servicios son muy

reducidos para la población en general, la clase media, media

alta y alta por medio de impuestos subsidia estos costos bajos,

específicamente de agua y luz. o 2) No hay control en el uso de los servicios, muchas casas no

tienen medidor de agua y su cuota fija es demasiado baja, esto

no motiva al usuario en lo absoluto para ahorrar agua. Se permite la existencia de una cantidad impresionante de tomas

clandestinas, tanto de agua como de electricidad, con las

cuales el consumo es desmedido

Técnicas

o El mantenimiento es inevitable, a pesar que con el uso de

fotoceldas y aerogeneradores se resuelve el problema de gasto en energía si su utilización es directa como lo es en las

bombas de agua, en la mayoría de los otros usos son

necesarias las baterías las cuales requieren mantenimiento constante y sustitución periódica.

o Hay sistemas complejos que requieren una operación y esta es

complicada. Como el sirdo y la producción de biogás, requieren capacitación y una dedicación constante, lo cual los

convierte en opciones poco atractivas para los usuarios.

Pág

ina1

0

Económicas

Alto costo inicial, las ecotecnias son viables cuando no se cuenta con

los servicios municipales, en algunos casos es mucho más económico conectarse directamente a la red.

Existen términos y conceptos alrededor de las ecotecnias por ello se considera de gran importancia aclarar los términos y conceptos que se

utilizaran en este contexto como son la tecnología adecuada y apropiada y

las ecotécnicas.

Entendemos por tecnología adecuada aquella que se integra en el medio ambiente con los recursos de la comunidad tratando de satisfacer sus

necesidades básicas.

La tecnología apropiada es aquella tecnología adecuada que se adapta en una comunidad concreta participativamente, logrando satisfacer sus

necesidades.

La eco tecnología o ecotécnica es la tecnología que toma en cuenta el medio ambiente natural, cultural y además los recursos regionales, lo que

constituye su adecuación. Son tecnologías en que además sus

beneficiarios (familia-comunidad) participan en su planeación, instrumentación, operación y mantenimiento.

Finalmente son tecnologías que se sincronizan a los procesos naturales

(integración ecológica) y se auxilian en procesos integrales (holísticos) entre

varias de ellas. Cabe señalar que existe un sinnúmero de ecotécnicas y tecnologías

adecuadas encaminadas a satisfacer necesidades de las comunidades que

se adaptan a las condiciones de cada región. Entre otras podemos señalar el uso de carrizo-cemento, muro de gaviones, macetas verticales, etc.

Asimismo se han logrado incorporar ecotécnicas en diversos sistemas

aprovechando los elementos naturales (sol, agua, tierra, etc.) y el reciclamiento de los desechos orgánicos en flujos energéticos, propiciando

una autosuficiencia alimentaria y servicios básicos.

Las tecnologías apropiadas y ecotécnicas aplicadas por PROE. A. C. en los llamados COEA (conjuntos ecológicos autosuficientes) están basados en

los siguientes criterios:

Toda tecnología debe sincronizarse con las leyes de la naturaleza, sin chocar contra ellas ni destruir o deteriorar los ciclos ecológicos y

los ecosistemas. Debe por lo contrario vincular y acoplar la

captación, uso y recuperación de la energía en sus múltiples formas a los ciclos y procesos ecológicos naturales. Más aun, toda

tecnología debe tender a completar creativamente la acción de la

naturaleza; perfeccionarla, no deteriorarla.

La tecnología, creación del ser humano, debe encaminarse a su

servicio y a su cultura. Precisa, pues, que parta de las necesidades

reales del contexto humano al que se incorpora y sea en lo posible

fácil y sencilla en su manejo con el fin de que esté al alcance de

Pág

ina1

1

muchos; en fin, debe ser tal que propicie la dignificación del ser

humano, de su trabajo y bienestar. Dar a la tecnología como meta el

lucro económico ha sido un grave error histórico.

Se busca además, que las tecnologías que se incorporen en el campo

y a nivel suburbano propicien (mejor que en el pasado) la

autosuficiencia alimentaria, de manera que la producción lograda cubra al máximo las necesidades básicas y además logre generar

excedentes que faciliten la recuperación de la inversión inicial y

fomenten la comercialización de productos de alta calidad y bajo

costo. Se pretende también que la tecnología que se lleve al campo sea económicamente competitiva; es decir, capaz de poder suplantar

u optimizar a las tecnologías no apropiadas y reducir el índice del

costo tecnológico.

Finalmente se pretende fomentar el uso de las tecnologías que

usufructúen los materiales e insumos locales y propicien los

procesos de autoconstrucción y/o automanejo, aprovechando al

máximo la creatividad dinámica del campesino o del ser humano subempleado. Solo así las personas podrán creativamente “trabajar”

la naturaleza, usufructuar sus inmensos recursos y llegar a hacer de

la tecnología un valiosísimo instrumento al servicio del hombre como individuo y como colectividad.

1.3 Clasificación de las ecotecnias. La siguiente es una clasificación de las ecotécnicas en grandes campos de

aplicación; en esta relación se pretende clasificar a las técnicas de bajo o

nulo impacto ambiental, conocidas como ecotécnicas y de aplicación directa a la vivienda. (Blanco, 2011)

1. Energía.

a) Solar directa e indirecta (fotoceldas y colectores).

b) Eólica o del viento.

c) Hidráulica y micro hidráulica. d) Oleaje y mareas.

e) Gradientes térmicos del océano. (OTEC).

f) Biomasa.

2. Agua.

a) Bombeo al subsuelo. b) Captación pluvial.

c) Reúso de aguas vertidas (grises y negras).

d) Desalación o destilación. e) Equipos hidráulicos sanitarios.

Ahorradores de agua.

Pág

ina1

2

Atomizadores.

Sanitarios de bajo consumo.

Filtros, oxigenadores, cisternas.

f) Equipos de riego.

Goteo.

Aspersión.

Nivelación.

3. Diseño.

a) Helio diseño climático solar activo y pasivo.

b) Consideración de las normales climáticas y adaptación del

diseño. c) Orientación e inclinaciones.

d) Uso del viento.

e) Invernaderos.

4. Materiales.

a) naturales.

Tierra compactada.

Piedra.

Madera.

Palma, bambú, etc.

b) sintéticos de bajo insumo al producirse.

Prefabricados.

Reciclados.

5. Alimentos.

a) Sistemas de producción intensiva. b) Invernadero.

c) Hidroponia.

d) Aeroponia. e) Macetas verticales.

f) Hortaliza familiar.

g) Acuacultura. h) Piscicultura.

i) Lombricultura.

j) Aves en general. k) Inducción y recuperación de ecosistemas.

l) Utilización de basura orgánica para abonos – composta.

Pág

ina1

3

Entonces, ¿Qué razones habría para el uso de las ecotecnias?

Sus razones son principalmente económicas pero hay otros factores que

debemos atender a continuación:

1. La ausencia de fuentes convencionales de energía. En lugares

remotos y en general lugares en donde las líneas de energía o agua queden retiradas del lugar de utilización. Las ecotecnias en estos

lugares son una mejor alternativa que prolongar la red pública.

2. Uso constante o masivo. Como la aplicación de calentadores solares para el agua de las albercas, ya que a la larga el gasto de

combustibles seria mayor; hay fábricas que requieren agua caliente

constante como en las embotelladoras de refrescos, los calentadores

solares serian una buena opción para estas empresas. 3. Lugares con alto índice de radiación solar como los desiertos, se

debería aprovechar esta fuente natural e invertir en sistemas de

captación para producir energía. 4. Prevención contra futura escasez de energéticos, en las grandes

ciudades como por ejemplo la ciudad de México los servicios tienden

a escasear día con día. El uso de ecotecnias permitiría asegurar el abasto aun cuando no hubiera en la red pública.

5. Algunos sistemas son de poco mantenimiento como lo son las

fotoceldas y los calentadores solares con termosifón la ventaja es que la energía es constante.

6. Reducir la contaminación. Como son sistemas que no interrumpen

los ciclos biológicos no generan desechos por esto no contaminan. 7. Conexión a la red pública, en algunos lugares de Estados Unidos

existen contratos entre los productores particulares de energía y el

gobierno para que la energía sea absorbida por la red pública

cuando no la use el particular y la red a su vez proporciona energía cuando este ultimo la requiera, de esta manera se evita el problema

de almacenamiento.

1.4 Vivienda sustentable.

La sustentabilidad es un término ligado a la acción del hombre en relación

a su entorno. Dentro de una disciplina ecológica, la sustentabilidad se

refiere a sistemas biológicos que puedan conservar la diversidad y la productividad a lo largo del tiempo. Por otra parte en términos generales,

la sustentabilidad está ligada al equilibrio de cualquier especie en

particular con los recursos que se encuentran en su entorno. En 1987, se realizó el informe Brundtland, dentro de la acción de Naciones Unidas, y

que la definió como la capacidad de satisfacer necesidades de la

generación humana actual sin que esto suponga la anulación de que las

generaciones futuras también puedan satisfacer las necesidades propias.

Pág

ina1

4

Principalmente la sostenibilidad está muy ligada al concepto de desarrollo

o de desarrollo humano. En si el desarrollo humano supone una visión de

desarrollo sostenible. Sin embargo muchas veces también se habla de desarrollo sustentable.

¿Cuál es la diferencia entre sostenible y sustentable?

El desarrollo sustentable solo se ocupa de la preservación de los recursos naturales, y como se afirmó en el párrafo anterior, garantizar que las

futuras generaciones también puedan contar con este tipo de recursos

para la satisfacción de sus necesidades.

En cambio, el desarrollo sostenible tiene en cuenta además las condiciones sociales, políticas y económicas del conjunto social, por lo cual incorpora

la visión humana, de que el humano se desarrolle además de satisfacer

sus necesidades, y en ése desarrollo sus acciones sean pro cuidado del ambiente y el entorno natural en el cual vive.

Por ejemplo, el desarrollo sustentable englobaría todas las acciones de una empresa que desarrolla sistemas de producción más eficientes que utilicen

o desgasten menos un determinado recurso natural, por ejemplo, el

petróleo, que es un recurso natural no renovable. Un auto que utilice agua como combustible sería una invención que favorecería el desarrollo

sustentable. Por otra parte, desarrollo sostenible sería que un grupo de

mujeres mejore su calidad de vida emprendiendo un taller de fabricación textil, pero que para la fabricación de productos utilice telas ya utilizadas

anteriormente, empleando técnicas de reciclaje. Así, no sólo mejorarían un

cierto aspecto de su vida (la económica, en este caso) sino que también

estarían contribuyendo a la preservación ambiental mediante el reciclado.

Para medir el impacto ambiental que provoca la sobre explotación de recursos naturales se ha creado el índice PIB verde, que es el tradicional

PIB (producto bruto interno) pero que tiene en cuenta las consecuencias

ambientales del crecimiento económico.

Además, la Responsabilidad Social Empresaria o Corporativa (RSE o RSC)

es una nueva disciplina que busca diseñar planes de acción desde empresas o corporaciones hacia la sociedad, aplicando programas y

acciones de cuidado ambiental, desarrollo humano, impacto social y

mejorar el propio valor añadido.

Hay una reciente toma de conciencia acerca de los recursos del planeta la

cual generara toda una revolución tecnológica y cultural, puede que esta

revolución sea más importante que la revolución industrial, esto por la cantidad de seres humanos en el planeta y la escasez de recursos.

Pág

ina1

5

Donde la meta no es solo el utilizar energías alternas o desarrollar nuevas,

tampoco lo es reducir su consumo. La nueva cultura debe ser preservar en cantidad y calidad los recursos del planeta para las nuevas generaciones y

estas generaciones nuevas deben adquirir esta cultura y la misma meta

para el futuro.

De las anteriores descripciones se necesita evaluar primeramente en la

construcción de viviendas la razón por la cual tenemos que pensar en sustentabilidad, es decir la vivienda residencial cuando debe ser

sustentable, como, donde, el por qué se justifican al ser la vivienda un

resultado tangible de la misma industria. Motor para la materialización de

proyectos habitables, pero la construcción también es una industria de alto impacto al entorno, a la economía de cualquier nación, desarrollada o

en vías de desarrollo por factores como la inversión, creación de empleo,

contribución al producto interno bruto, propiciadora de contaminación y también es una gran consumidora de recursos naturales.

Se ve que tiene una gran incidencia en el medio ambiente, en la economía

por lo tanto en la sociedad por lo cual debe imprimírsele una gran responsabilidad y conveniencia de aplicar los principios de sustentabilidad

en las actividades y materiales que la componen.

En el concepto de sustentabilidad la sobrevivencia no es la meta, es buscarse la vida en un ambiente que cubra las necesidades humanas con

equidad social y económica entre los individuos, comunidades, naciones y

generaciones. Se requiere encontrar una vía para la distribución equitativa de la riqueza,

con los recursos y oportunidades que propicien la prosperidad para todos.

Para lograr el estado de sustentabilidad se necesita un instrumento

programático, que se ha denominado desarrollo sustentable. (López, 2008)

Se entiende por vivienda a un espacio privado con infraestructura básica

adecuada, de servicios de abastecimiento de agua, saneamiento, energía, eliminación de desechos y sistemas de comunicaciones.

La vivienda es el componente más extenso de la estructura urbana, pues cubre la mayor superficie de las ciudades, siendo una de las primeras

necesidades guarecerse del medio. Es por eso que existe una relación muy

estrecha entre el medio ambiente, el ser humano y la vivienda.

Hogar se usa para designar el lugar donde una persona vive, donde siente

seguridad y calma. La palabra hogar proviene del lugar en el que se

reunía, en el pasado, la familia a encender el fuego para calentarse y

alimentarse.

Es un espacio fundamental, donde podemos participar, activa y

significativamente, en el cuidado de nuestro medio ambiente.

Pág

ina1

6

Ya sea utilizar menos agua, y evitando fugas y desperdicio de la misma,

consumir menos energía eléctrica con focos y electrodomésticos más

eficientes, separar la basura, crear y conservar las pequeñas o grandes áreas verdes a nuestro alrededor. Los ciudadanos podemos contribuir a

una vida mejor para las generaciones presentes y futuras.

La Vivienda Sustentable, a su vez, cuando se concibe mediante el diseño

arquitectónico busca aprovechar los recursos naturales de tal modo que minimicen el impacto ambiental de las construcciones sobre el ambiente

natural y sobre los habitantes, realzando eficacia en: el uso de materiales

de construcción, del consumo de energía, del espacio construido manteniendo el confort y la habitabilidad, de acuerdo a las condiciones

climáticas del lugar.

Dichas condiciones deberán estar integradas a un entorno urbano que

permita una vida comunitaria armoniosa y que eleve el nivel de la calidad

de vida de los habitantes contando con la infraestructura y equipamiento

urbano adecuados.

Se debe conocer el por qué y el cómo de las mejores decisiones

relacionadas con la energía, el agua, la basura y las áreas verdes, en

cuanto a compra de productos y servicios en el hogar, así como mejores hábitos de uso, en beneficio de todas y todos, pero también de la economía

familiar y sin perder las comodidades de la vida moderna. (SEMARNAT,

2010)

1.5 ¿Qué es una casa ecológica? Concepto.

Deffis escribe en los años ochenta una obra eminentemente técnica,

llamada La casa ecológica, en la que se hacen recomendaciones sobre la

forma de aprovechar los recursos naturales en pro de lograr un mejor nivel de vida. Muy documentado con gráficas, dibujos y datos estadísticos, este

libro no pierde vigencia. Otros como Calvillo y Van Lengen, publican obras

a partir de sus experiencias en la construcción ecológica. ¿Cómo surge la construcción ecológica? Desde que el ser humano

abandono la caverna como vivienda, la arquitectura se estableció como el

arte de proyectar y construir edificios. Los arquitectos han tenido la responsabilidad de construir un piso y un techo para lograr una morada

integral para el ser humano. Un lugar que cumpla con las exigencias de

vivienda, descanso, privacidad, comodidad y seguridad que requieren sus inquilinos. Pero hoy, cada vez que se lavan los platos, la ropa sucia, el

coche o cuando se enciende un electrodoméstico o el foco de alguna

habitación, estamos haciendo uso de recursos que generan costos, tanto

Pág

ina1

7

para el ambiente como para nuestro bolsillo y lo que es peor, provocan el

calentamiento global. La Comisión Federal de Electricidad estimo que el

precio de un aire acondicionado en la zona norte de México, más la energía que gasta durante cinco años puede alcanzar el costo inicial de la casa en

donde se reside.

Actualmente con 280 hectáreas urbanas que superan el millón de habitantes y alrededor de 18 de ellas con más de 10 millones de personas,

se habla de un total aproximado de 720 millones de viviendas en el

mundo. Con estos datos es posible imaginar la huella ecológica y económica que genera el consumo general de agua, energía y gas.

Por ello, Deffis plantea que los arquitectos (y nosotros opinamos que en

general los tecnólogos) tenemos una responsabilidad ambiental que

todavía no ha sido comprendida en su mayoría. Además de cumplir con los reglamentos, también tenemos la obligación de

proteger el medio construyendo edificios que preserven la energía, que no

gasten demasiada agua y que no generen un exceso de residuos. (Blanco, 2011)

La arquitectura ecológica propone nuevos procedimientos para asegurar

un equilibrio entre construcción u medio ambiente un plan para regresar lo esencial que se necesita para subsistir, lo cual se puede lograr haciendo

uso de ecotécnicas para el ahorro de agua y energía, para el reciclaje y

reúso de agua gris, para la captación pluvial, entre otras. Indiscutiblemente, esto no implica un retorno a la era de las cavernas o un

retroceso en la arquitectura. Más bien se concibe como una recuperación

de la historia y de los avances técnicos que se tuvieron en el pasado para poder aplicarlos correctamente a nuestros tiempos. El rescate de la

arquitectura vernácula permite instrumentar soluciones locales para

males locales, ya que la globalización ha extendido el uso de diseños

importados que obedecen más bien a una moda pasajera y a la visión de otras latitudes del planeta que a una respuesta a necesidades particulares.

Por ejemplo, no se ha globalizado el clima, y en la arquitectura, la lluvia, la

topografía, el viento y el asoleamiento son los que mandan y determinan la construcción.

La misión de un profesionista comprometido con el desarrollo sustentable es la de conectar su obra con la naturaleza, de tal manera que pueda

encontrar (en el caso de los arquitectos) en su diseño una expresión

arquitectónica propia de su sitio, de su tiempo, de los materiales que hay en ese sitio, de la tecnología que tiene a la mano, y sobre todo, proteger la

tradición y la equidad sin dejar a un lado el aspecto humano para

proporcionar una vida cómoda, amable y amigable para la gente. La casa

del futuro, la que se tiene que empezar a incluir en la gestión del espacio territorial actual, debe ser un claro compromiso con la naturaleza para

acercarnos más a ella y reclamar el derecho que tenemos de vivir en un

mejor ambiente urbano.

Pág

ina1

8

Nosotros partimos de un concepto de lo que algunos han llamado la

“ecología profunda”, donde se concibe a la casa como un microsistema en

interacción con el ecosistema más amplio: nuestra madre Tierra. Esta es una forma moderna de describir algo que la gente sabia instintivamente

sin necesidad de elaborarlo con ideas.

La palabra ecología proviene de oikos que en griego significa casa. Los biólogos describen los hábitats o casas de los animales como parte de

procesos, cadenas o flujos de materia y energía dependientes entre sí.

De igual manera, nuestras casas pertenecen a ecosistemas que conforman la naturaleza. Estos ecosistemas entrelazados son continuos,

autorregulados, regenerativos y sostenibles. Nuestros hogares propician y

sufren las consecuencias de todo el desequilibrio ecológico; nuestras casas

son producto de nuestros hábitos de consumo situados en la base de la crisis ambiental global.

Por ello, es un problema que concierne a todo el mundo: tener una casa

ecológicamente sana es salvar el futuro de nuestro gran hogar, la madre Tierra. (Blanco, 2011)

Una de las características del movimiento arquitectónico moderno fue su

ruptura no solo con la tradición académica, sino también con la tradición vernácula en arquitectura y urbanismo. Esta última negación del pasado

privo a varias generaciones de conocimientos esenciales sobre la relación

de la arquitectura con la naturaleza, la salud y la espiritualidad. Se fue perdiendo el sentido de la palabra casa hasta llegar a la palabra

vivienda usada en los ámbitos académicos, oficiales y empresariales:

“déficit de vivienda”, “censos de vivienda”, “planes de vivienda”, etc. Otros,

los abogados e inversionistas bancarios, le llaman “bien inmueble”. Los diferentes especialistas se han apoderado del concepto y lo han profanado;

sin embargo, la palabra “casa” o “mi casa”, en su uso coloquial, nos sigue

remitiendo a nuestra esencia como seres humanos.

En el pasado, los pueblos tenían que construir casas y modelos de vida

sostenibles, y cuando no fue así se extinguieron. En cierto sentido es el mismo desafío al que actualmente nos enfrentamos no solo en nuestra

región, sino en todo el planeta: problemas como el cambio climático, la

destrucción de la capa de ozono, la extinción de especies, etc. Por ello,

muchas de las recomendaciones tienen su origen en la arquitectura vernácula, la cual tiende a desaparecer a tal grado que, para evitarlo,

países como Inglaterra, Hungría, Corea del Sur y Suecia han construido

“museos vivientes” en donde recuperan casas y pueblos de arquitectura vernácula, ante el riesgo de que desaparezcan. En México, y en

Guanajuato, la tradición del adobe se ha ido perdiendo y no aprendemos

que las casas más seguras, cómodas y térmicas son precisamente las que usan el adobe.

La casa ecotécnica y sana no es una utopía, ya que tenemos a la mano

todos los conocimientos, técnicas y herramientas para hacerla realidad y convertirla en parte de un proceso de “curación” de la Tierra. Ecotécnicas,

Pág

ina1

9

diseño solar y bioclimático, arquitectura sana, tecnologías blandas o

apropiadas, permacultura, agricultura bioclimática, hidroponía, etc., son

nuevos conocimientos que nacen como una reacción al presente, un compromiso con el futuro y un reencuentro con el pasado.

La casa ecológica y sana conjuga sabores tradicionales con nuevos

descubrimientos científicos. La intención de hacer casas más ecológicas y sanas es parte de un proceso mundial en que se asume la responsabilidad

ante el peligro representado para todos los seres vivos por el deterioro del

medio natural y la salud. Es decir, la casa ecológica y sana tiene tres fachadas: la de la salud, la de

la paz y la de la armonía. Salud para el cuerpo, paz para el espíritu y

armonía con la naturaleza. Integrar nuestras necesidades físicas y

espirituales y adaptarnos al entorno local es la finalidad. ¿Tiene la casa influencia en la salud de sus habitantes y en el ambiente?

El sentido común nos dice que sí, pero poco sabemos respecto a como lo

hace. El ahorro de energía en las casas es quizá el tema más estudiado y, sin embargo, hace falta reflexionar más sobre el impacto en la salud y el

medio ambiente de los materiales que usamos y desechamos, así como de

la producción u el transporte de ellos. La vivienda tiene un impacto en la salud, pues cada vez hay más investigaciones alrededor de los efectos de

las construcciones y del medio ambiente artificial en la salud, por ejemplo,

por los efectos de las radiaciones del suelo. Nuevas disciplinas como la toxicología ambiental, la ecología clínica y la medicina ambiental son

ejemplos de la relación íntima entre nuestra salud, las construcciones y

nuestros hábitos de consumo en el hogar. (Blanco, 2011)

1.6 ¿Por qué una casa residencial ecotécnica? El gobierno mexicano se ha preocupado por aumentar el número de viviendas disponibles para los trabajadores. Es decir, existen diversos

sectores de pobladores que tienen en sus manos decidir sobre el diseño y

construcción de una casa en criterios ecológicos. Vayamos por partes. Para construir miles de casas ecológicas en México se requiere:

En cuanto al diseño de una casa eco técnica, dar asesoría.

En cuanto a la construcción, fomentar el interés de los consorcios constructores de la edificación de desarrollos habitacionales

sustentables (por medio de incentivos preferenciales del gobierno

que valorarán un certificado de “construcción ecológica”).

Promover la aprobación de empresas comercializadoras de materiales ecológicos y de materiales propios del lugar como el

adobe, tecnoadobe, que se incluya en la construcción de casas

ecológicas.

Elaborar políticas públicas que se apliquen en el diseño de criterios

ecológicos, de comercialización de materiales ecológicos y de fomento

Pág

ina2

0

de la implantación de dichos materiales y equipamiento en las

construcciones de casas-habitación.

Contará con la participación de universidades que impartan materias relacionadas con el diseño bioclimático por ejemplo y que

despiertan el interés en los jóvenes profesionistas.

¿De qué tamaño es el mercado? México tenía aproximadamente 30.4

millones de viviendas en el 2005, de acuerdo con el INEGI y con la

clasificación del INFONAVIT. Una tercera parte son habitadas por

mexicanos cuyo ingreso es mayor de cinco salarios mínimos, otra tercera parte están el rango de tres y cinco salarios mínimos, otra tercera parte

obtiene menos de tres salarios mínimos de ingresos. Esta clasificación

depende de factores de demográficos, para la propuesta se considera que las casas eco técnicas tienen diferentes niveles de aplicación, pues

mientras en el alto ingreso se puede construir una casa desde su diseño y

concepto, en las clases medias se puede reducir al equipamiento o de algunos de los elementos, y en los niveles de bajo ingreso es poco o nada lo

que se podría ser a menos que el subsidio público pudiera participar en el

apoyo a la construcción de estas casas. Los mexicanos en los segmentos A y B (más de quince salarios mínimos) son 15% de la población, pero

consumen 35% del agua potable, por ejemplo.

El mercado, entonces, al analizarlo de esta manera, si se circunscribe al

segmento o A, tiene un potencial importante para el desarrollo de vivienda ecológica. Través de sondeos realizados con compradores potenciales,

podría tener un mercado potencial de 10%, es decir, hay un potencial de

personas interesadas en construir desde el principio o reconvertir sus casas actuales con criterios tecnológicos. En el segundo segmento es en

realidad donde se puede encontrar la mayor haría de oportunidad y el

mayor mercado potencial.

Pág

ina2

1

Capítulo 2

La Vivienda Unifamiliar Residencial. Un enfoque para la habitabilidad horizontal dentro de un marco socio económico medio, medio alto y alto, en donde hay que distinguir a la

vivienda residencial unifamiliar en México como parte de nuestra cultura

pues abarca todas las etapas de nuestra existencia. Es la inversión de mayor importancia en la vida adulta de las personas, existen varias

opciones para adquirir la vivienda o bien encargar el proyecto de esta

vivienda a un profesional en donde la premisa es adquirir un terreno para la edificación.

Si la opción viable es adquirir una vivienda y se desea que cuente con

ecotecnias, se debe revisar en el mercado las opciones existentes, la

ecotecnia más común en un producto como la vivienda de tipo medio es el calentador solar de agua pues hay facilidades que otorga INFONAVIT tanto

al usuario final como para las empresas desarrolladoras de vivienda.

Nuestro tema se enfocara al diseño y proyecto de ecotecnias aplicadas a una vivienda unifamiliar de interés socio económico medio, medio alto y

alto. La vivienda a la cual se aplicaran las ecotecnias se localiza en México,

particularmente en el Estado de Querétaro. Por ello hay que situar el conocimiento del estado orientado a la población que puede llegar a

construir una vivienda unifamiliar de tipo medio, así como adquirir las

ecotecnias para una tipología residencial media, media-alta y alta.

2.1 Querétaro en cifras.

Capital: Santiago de Querétaro.

Municipios: 18

Extensión:11 691 km2.

Población: 1 827 937 habitantes.

Distribución de población: 70% urbana y 30% rural.

Sector de actividad que más aporta al PIB estatal: Industrias manufactureras Destaca la producción de maquinaria y equipo.

En el 2010, en el estado de Querétaro viven:

940 749 mujeres

887 188 hombres

1 827 937 total

Pág

ina2

2

2.2 Población en Querétaro capital y municipios

conurbados. Clave del municipio

Municipio Cabecera Municipal

Habitantes (año 2010)

006 Corregidora El Pueblito 143 073

011 El Marqués La Cañada 116 458

014 Querétaro Santiago de

Querétaro

801 940

016 San Juan del

Río

San Juan del

Río

241 699

017 Tequisquiapan Tequisquiapan 63 413

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Población/Población total por municipio y edad desplegada según sexo.

2.3 Localidades más pobladas de Querétaro Capital más Municipios conurbados.

Municipio Localidad Habitantes (año

2010)

Querétaro Santiago de

Querétaro

626 495

San Juan del Río San Juan del Río 138 878

Corregidora El Pueblito 71 254

Tequisquiapan Tequisquiapan 29 799

Querétaro Santa Rosa Jáuregui 18 508

Corregidora San José de los

Olvera

18 406

Corregidora Venceremos 15 538

Querétaro San José el Alto 14 094

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Población/Localidades y su población por municipio según tamaño de localidad.

Pág

ina2

3

2.4 Habitantes por edad y sexo

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Vivienda/Viviendas particulares habitadas por tamaño de localidad, disponibilidad de energía eléctrica y agua según disponibilidad de drenaje y lugar de desalojo.

2.5 Viviendas.

En el 2010, en Querétaro hay 449 923 viviendas particulares, de las cuales:

411 735 disponen de agua entubada dentro o fuera de la vivienda, pero en el mismo terreno, lo que representa el 91.5%

409 186 tienen drenaje, lo que equivale al 90.9%

439 566 cuentan con energía eléctrica, esto es el 97.7%

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Vivienda/Viviendas particulares habitadas por tamaño de localidad, disponibilidad de energía eléctrica y agua según disponibilidad de drenaje y lugar de desalojo.

Pág

ina2

4

2.6 Hogares.

Los hogares están conformados por personas que pueden ser o no familiares, que comparten la misma vivienda y se sostienen de un gasto

común.

En el 2010, en la entidad hay 450 104 hogares.

24% tienen jefatura femenina, es decir, son dirigidos por una mujer (108 061 hogares).

76% tienen jefatura masculina, es decir, son dirigidos por un hombre (342 043 hogares).

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Vivienda/Viviendas particulares habitadas por tamaño de

localidad, disponibilidad de energía eléctrica y agua según disponibilidad de drenaje y lugar de desalojo.

Tipos de hogares

Porcentaje 67.8% 20.9% 1.5% 8.0% 0.7%

Tipo

nuclear

ampliado

compuesto

unipersonal

corresidente

FUENTE: INEGI. Censo de Población y Vivienda 2010. Querétaro/Vivienda/Viviendas particulares habitadas por tamaño de localidad, disponibilidad de energía eléctrica y agua según disponibilidad de drenaje y lugar de desalojo.

2.7 Actividades económicas

Principales sectores de actividad

Sector de actividad económica

Porcentaje de aportación al PIB estatal (año 2009)

Actividades primarias 2.54

Agricultura, ganadería, aprovechamiento forestal, pesca y caza

2.54

Actividades secundarias 36.32

Pág

ina2

5

Minería 1.42

Construcción y Electricidad, agua y gas

10.68

Industrias Manufactureras 24.22

Actividades terciarias 61.14

Comercio, restaurantes y hoteles (Comercio, Servicios de alojamiento temporal y de Preparación de alimentos y bebidas).

19.28

Transportes e Información en medios masivos (Transportes, correos y almacenamiento)

13.51

Servicios financieros e inmobiliarios (Servicios financieros y de seguros, Servicios inmobiliarios y de alquiler de bienes muebles e

intangibles)

10.52

Servicios educativos y médicos (Servicios educativos, Servicios de salud y de asistencia social)

8.20

Actividades del Gobierno 3.61

Resto de los servicios* (Servicios profesionales, científicos y técnicos,

Dirección de corporativos y empresas, Servicios de apoyo a los negocios y manejo de desechos y servicios de remediación, Servicios de esparcimiento culturales y deportivos, y otros servicios recreativos, y Otros

servicios excepto actividades del Gobierno )

6.02

Total 100

FUENTE: INEGI. Sistema de Cuentas Nacionales de México. Producto Interno

Bruto por Entidad Federativa, 2005-2009.

*Ajustados por SIFMI.

Pág

ina2

6

2.8 Actividades económicas y personal ocupado

Cuenta con 56 345 unidades económicas, el 1.5 % del país

Emplea 382 688 personas, el 1.9 % del personal ocupado de México.

Del total del personal ocupado en la entidad, el 60% (229 137) son hombres y el 40% (153 551) son mujeres.

En promedio, las remuneraciones que recibe cada trabajador al año en Querétaro son de $99 169, el promedio nacional es de $99 114.

FUENTE: INEGI. Censos Económicos 2009. (Datos al 2008).

2.9 Factor de crecimiento demográfico en el Estado de

Querétaro.

En el año 2015 en curso la población en Querétaro experimenta un factor

de crecimiento importante, se desea exponer puesto que esta población migrante reside en el Estado, la cual necesita satisfacer su vivienda por

sectores sociales y económicos. La vivienda para interés social ya sufre

déficits importantes desde que los números porcentuales del crecimiento demográfico no eran tan grandes.

El Consejo Estatal de Población COESPO, informo que el estado de

Querétaro se encuentra entre las cinco entidades de la Republica con mayor crecimiento.

De acuerdo con la proyección de la COESPO, este año la entidad rebasara

la barrera de los dos millones de habitantes en el estado; además de que los municipios de El Marqués y Corregidora presentaran tasas de más de

dos por ciento de crecimiento.

Cuando el país crece al 0.09 por ciento, informo el titular del órgano, Orlando Muñoz Flores.

“Querétaro tiene un crecimiento de los más altos del país, en 2015 el INEGI está haciendo la encuesta inter censal que va a permitir valorar

entre 2010 y 2015 como va el crecimiento,” señalo.

Pág

ina2

7

Detalló que en el número total, Querétaro no es mayor a entidades como el

estado de México, Veracruz o el Distrito Federal, que tienen más de 10

millones de habitantes; pero en crecimiento poblacional porcentualmente se encuentra entre los cinco estados de la republica con mayor

crecimiento.

Agrego que, la llegada de más gente si se debe en parte porque la zona metropolitana tiene mayores oportunidades de estudio, trabajo, lo cual

favorece al crecimiento; al tiempo de destacar que el mayor número de

ciudadanos que llegan a radicar a Querétaro provienen de Guanajuato, Michoacán, Estado de México e Hidalgo.

Muñoz Flores informo que Colón es el municipio que cuenta con un

estándar de población más joven, que es de los 26 años, asimismo dijo que

existe una estadística en la cual se estipula que cada 100 queretanos, 10 se encuentran arriba de los 60 años.

“Hay una proyección que en el 2050 habremos de ser 15 de cada 100

queretanos con edad superior a los 60; la longevidad ha ido caminando, no solo en Querétaro sino en todo el país”, concluyó. (Márquez, 2015)

Así motivo del proyecto de investigación se cita:

2.10 Nicho, vivienda media- residencial.

La vivienda de nivel medio – residencial figura como uno de los principales polos de desarrollo en el estado, en tanto que la vivienda de interés social

ha sufrido una contradicción ante el encarecimiento de la tierra en

Querétaro, advirtió el presidente delegacional de la Cámara Nacional de Desarrollo y promoción de la Vivienda (CANADEVI) en el estado, Mario

Basurto Islas.

Refirió que la vivienda medio – residencial ha tenido un dinamismo, principalmente en zonas como Juriquilla (en Querétaro) y el Mirador (en el

Marques y Corregidora).

“En media-residencial estamos teniendo un crecimiento importante en zonas residenciales, en desarrollos verticales de edificios, de precios por

encima del millón y medio de pesos”, afirmo.

En vivienda vertical, preciso actualmente se contabilizan 25 desarrollos activos.

Sin embargo, reconoció que el encarecimiento de la tierra ha impactado el

desarrollo de vivienda de interés bajo, por lo que a través de organismo

cameral se plantea la necesidad de reducir los costos de trámites relacionados con el otorgamiento de servicios, como el suministro de agua,

con el fin de hacer accesible el costo de las viviendas.

“Se está dejando de lado la oferta o el desarrollo de vivienda de interés bajo. Entonces, esa parte la tenemos que ir atendiendo; estamos

trabajando con las administraciones tanto salientes como entrantes para ir

cerrando esos espacios, esas oportunidades de ahorro en permisos, en trámites, para que así podamos ofertar vivienda de menor precio”, aseguró.

Pág

ina2

8

Mario Basurto planteo que se pueda generar vivienda de interés social a

un costo de 300,000 pesos, pero esto –por ejemplo- a través de la

reducción en costos de trámites, para que se puedan hacer descuentos de hasta 15,000 pesos.

La CANADEVI también ha propuesto que se desarrolle una política de

estado que permita generar reservas de tierra que sean aptas para construir vivienda de interés social, con el objetivo de impulsar el

desarrollo de este tipo de vivienda.

Crecimiento dinámico. En lo que se refiere al desarrollo de vivienda, el presidente de la CANADEVI

confió en que la cámara alcance las metas de crecimiento anual que se

planteó al principio del año. De esta manera, se lograría alcanzar un desarrollo dinámico que le permitirá crecer 10% anual. (Estrella, 2015)

2.11 Encargo del proyecto y la construcción para una vivienda residencial ecológica.

Son muchos factores que pueden intervenir en el encargo para el diseño y

construcción de una vivienda a un profesional, nos enfocaremos a las decisiones, factores, principios en los cuales el cliente decide incorporar

tecnologías o técnicas ecológicas para su vivienda.

En términos del cliente que no tiene una idea preconcebida, éste desea que

su vivienda sea acogedora, luminosa, al tamaño de sus posibilidades pero también debe ser un reflejo del alma de la identidad de cada persona. La

casa y vivienda refleja el entorno, la geografía, el clima del lugar, la casa

debe ser sana, libre de; humedades, oscuridad y debilidad estructural. La casa debe ser viva, apoyada por el sol, el agua y el viento. (Lacomba, 2012)

Se tiene entonces al sol, el agua, el viento y a la tierra para combatir los

costos energéticos, a la utilización de combustibles fósiles, climas, ventiladores, etc. Para reducir el impacto ambiental y sobre todo al

calentamiento global.

El proyecto se elabora por un equipo profesional de diseño y construcción arquitectónica en donde ramas de la ingeniería apoyen al proyecto y

ejecución del mismo, es por esto que el equipo profesional para este

encargo se tratara de un equipo profesional multidisciplinario. En donde

se cuide el principio ecológico de sustentabilidad pues comprende a un proyecto bioclimático.

Estrategia de diseño. Al contar con una volumetría propuesta según el programa de nuestro

cliente se tomara esta volumetría como la “envolvente” de nuestra casa,

esta envolvente parte de analizar factores; ambientales, económicos, sociales, históricos y a los propios usuarios.

Ahora, ¿la envolvente también refleja el estudio y análisis de medidas

congruentes?

Pág

ina2

9

Ante dos cuestiones básicas:

1. ¿Mitiga los efectos de un clima extremoso?

2. O ¿resaltan los efectos de un clima ideal?

Las anteriores cuestiones se resolverán mediante dispositivos

arquitectónicos que sean parte de la envolvente, los cuales produzcan

sombras o que dejen entrar al sol de acuerdo con la región, estación y horario.

El sitio, hay que adecuarse a los accidentes topográficos del terreno, el

estudio de factores ambientales como la temperatura, precipitación pluvial

(estación, duración y la humedad), velocidad y dirección del viento. Las medidas congruentes nos proporcionaran el confort natural, el confort

natural es la clave de la casa viva e inteligente. (Lacomba, 2012)

Esta tipología de vivienda que la clasificaremos Vivienda Residencial Viva e

Inteligente, el cual es un hábitat ecológico, no tiene un diseño más caro,

pero si instalaciones más costosas. Por esto hay que revisar sus beneficios estos permitirán en esta vivienda a sus usuarios:

Tener iluminación natural. Ahorro en energía eléctrica y gas.

Conservar y utilizar eficientemente el agua.

No enviar emisiones de gas a la atmosfera. Sustentabilidad; conservar vivo nuestro planeta y todos sus recursos

para nuestros hijos.

Una mejor calidad de vida.

Consumo de alimentos orgánicos cultivados por los usuarios. Fertilizar los jardines con composta preparada por los usuarios.

Bañarse con agua caliente debida a la energía solar, donde su

calentamiento no contamina y es más saludable. Etc.

En una vivienda residencial se deben contar con estudios estructurales, ya

sea si se acondicionaran ecotecnias en un futuro o si se hizo un proyecto integral desde el inicio incorporando las ecotecnias a la envolvente, este

estudio debe contener; memoria de cálculo y proyecto estructural. Un

estudio estructural nos ayuda a no desperdiciar acero, materiales para construcción, optimizar elementos en concreto armado, bien puede ser un

sistema pasivo.

Las instalaciones para las ecotecnias también deben llevar un estudio el

cual es; cálculo de los equipos solares electrónicos y proyecto de los equipos solares electrónicos. Si las instalaciones se diseñan y programan

al inicio de la obra, el proyecto final será integrado. (Lacomba, 2012)

Es por esto que los equipos básicos para una vivienda residencial podemos enumerar:

Pág

ina3

0

1. Celdas fotovoltaicas, con sensores de corriente y baterías para

almacenar la electricidad. 2. Calentadores solares planos.

3. Sensores para alarmas, iluminación, video, sonido, etc.

4. Captadores para agua de lluvia y sus cisternas. 5. Riego por goteo en jardines.

6. Reciclaje de aguas grises.

7. Azoteas verdes. 8. Sistemas para aprovechar residuos orgánicos.

Capítulo 3. Diseño Bioclimático.

Es necesario aprender a ver la arquitectura no solo como muros, fachada o

cubierta, sino también como un espacio vital que fluye a través de ellos y a

su alrededor. Para habitarla no basta que sea sólida y económica debe ser saludable y agradable, responder al clima y sintetizar la experiencia

constructiva de las generaciones que nos precedieron.

La arquitectura contemporánea no debe responder a una moda estética, se

debe a conceptos lógicos, simples para lograr espacios vitales

En la arquitectura contemporánea no se toma en cuenta la ubicación del sol, la iluminación, la ventilación natural de los espacios para calentarlos

cuando hace frio y refrescarlos cuando es tiempo de calor.

El movimiento moderno transformo la arquitectura, le dio un carácter

especulativo, lo alejo de toda lógica constructiva que se basaba en la experiencia y en el respeto al medio ambiente.

Para ejemplificar lo anterior se debe razonar ante la aseveración siguiente;

la casa que se construye en Monterrey debe ser muy distinta a la que se construye en Jalapa o a la de San Cristóbal de las Casas.

También si observamos las zonas de altos recursos económicos estas se

visten de concreto, vidrio y asfalto mientras que las de los pobres son de cartón enchapo potado, láminas de asbesto y tabicón sin tener en cuenta

el consumo de energía indiscriminado, la contaminación del agua, aire y

tierra así como el acabar con la vegetación. Por comentar otro ejemplo acerca de la luz eléctrica para el aire

acondicionado, estos se usan cuando las edificaciones son pobremente

diseñadas y no se atiende o anticipan los altos costos de operación para

hacer a esta vivienda habitable, tampoco el impacto ambiental, gastos de mantenimiento, etc.

En la enseñanza de la arquitectura se debe dar mayor importancia al

medio físico y al patrimonio histórico.

¿Cómo puede ser que exista un “diseño tipo”?

Pág

ina3

1

Este tipo de diseño se ha presentado en escuelas públicas, sucursales

bancarias, hospitales, viviendas de interés social y medio. Si en efecto viviendas ofertadas en los centros comerciales ya cuentan con un diseño

tipo, como un automóvil, esta vivienda la podremos elegir con

determinados accesorios, características espaciales de quita y pon. El diseño tipo se da en toda la República Mexicana. (Viqueira, 2001)

3.1 Definición de bioclimático. Búsqueda de una arquitectura eficiente cuyo objetivo final es mejorar la

calidad de vida.

Aplicación bioclimática en la arquitectura. Es la composición de soluciones arquitectónicas a partir del conjunto de

técnicas con los materiales disponibles con miras a conseguir el resultado del confort deseado, conforme con las exigencias del usuario y a partir del

clima local.

La concepción bioclimática es ante todo una especie de compromiso cuyas bases son:

Un programa de arquitectura.

Un paisaje.

Una cultura.

Materiales locales.

Cierta noción del bienestar y del abrigo.

Y cuya síntesis es la envoltura habitable.

Arquitectura ecológica, bioclimática, etc… son algunos términos que no

son sinónimos, pero persiguen un común denominador. Promover diseños

en donde su objetivo es el de restaurar el balance o equilibrio entre el medio ambiente y la manipulación del hombre.

El buen comportamiento bioclimático de la arquitectura ha de pasar por

entender optimizar en relación con el edificio, los ciclos de materia, energía e información.

Para poder trabajar en términos de arquitectura sustentable necesitamos: Sensibilidad ecológica + conocimiento bioclimático. (Alberich M. L., 2003)

Aspectos que incorpora la postura bioclimática. La postura bioclimática se basa principalmente en la búsqueda del confort

y este se relaciona directamente con la relación de bienestar. En el confort

influyen multitud de factores, físicos y psicológicos. En general podemos decir que los aspectos que incorpora la postura

bioclimática se desarrollan a partir de una búsqueda del confort físico,

psicológico y cultural. (Alberich M. L., 2003)

Pág

ina3

2

El confort físico se busca a través de la consideración de aspectos

biofísicos y constructivos, el confort psicológico y cultural se introduce a

partir de la consideración de aspectos antropológicos – culturales e igualmente constructivos.

Aspectos biofísicos. Aspectos climáticos – térmicos.

Hacen referencia a dos puntos fundamentales: la calidad del aire para la

respiración con sus posibles olores de difícil evaluación y que se suele considerar a través del parámetro renovación del aire; y el confort térmico

donde intervienen complejos fenómenos de intercambio de energía entre el

cuerpo y el ambiente y que suele considerar a través de los parámetros de temperatura del aire y temperatura radiante, humedad del aire,

ventilación, velocidad del aire, etc.

El confort térmico se produce cuando se dan al mismo tiempo las dos

condiciones siguientes:

1. La cantidad de calor producida por el metabolismo es igual a la

cantidad de calor cedida al ambiente. En absoluto reposo absoluto y

estado de comodidad, la producción mínima de calor en el cuerpo

humano es de 70 kcal/h (1 kcal/h por 1 kg de peso). 80 kcal/h sentado en un trabajo normal de oficina, 200 kcal/h caminando

despacio, 500 kcal/h corriendo y 600 kcal/h con trabajo duro.

2. En ninguna parte del cuerpo se percibe sensación de frio o calor.

Fuentes y sumideros energéticos naturales. En este sentido hay que tener en cuenta que estamos rodeados de fuentes

y sumideros energéticos naturales los cuales influyen constantemente en

las condiciones térmicas que nos afectan.

Fuentes. Las fuentes energéticas básicas de que disponemos a nuestro alrededor

son principalmente:

La radiación solar. Es la principal fuente que se incorpora al edificio a través del acristalamiento.

El aire exterior. Siempre que se encuentre a más de 24° C.

El metabolismo interno. Engloba el calor tanto de las personas como

de los electrodomésticos habituales.

Sumideros. Por otro lado los principales sumideros son:

El espacio, incluso en las peores circunstancias el edificio siempre

trasvasa calor al espacio exterior.

El aire exterior. Siempre que se encuentre por debajo de 24° C, lo

cual suele ocurrir en verano de madrugada. (Alberich M. L., 2003)

Pág

ina3

3

Superficies húmedas. Tanto artificiales como naturales (fuentes,

vegetación), ya que el calor que utilizan para evaporar el agua lo

sacan de su entorno inmediato.

Temperatura húmeda y seca. El confort térmico está directamente relacionado con la temperatura del aire. Su valor medio recomendable oscila entre los 21° C en invierno y los

26° C en verano, aunque se admiten pequeñas fluctuaciones en función de

la humedad del ambiente, la actividad y el tipo de usuario. También es importante la diferenciación entre temperatura húmeda y seca, el grado de

humedad del aire condiciona enormemente la precepción de la

temperatura por el usuario. Tanto en verano como en invierno la humedad absoluta del aire debería

mantenerse aproximadamente entre los 5 y 12 gr de agua por kg de aire

seco para lograr un confort climático – térmico. En verano se considera que en condiciones de confort la humedad relativa

deberá estar entre el 40 y 65 %.

Ventilación, volumen y velocidad de renovación en el aire. La calidad del aire necesaria para la respiración y para evitar posibles

olores se consigue mediante la renovación de aire del local considerado (mínimo del orden de 0.5 renovaciones / hora, aumenta en función de la

ocupación y la actividad). Se pueden cuantificar a partir de los agentes que

polución al interior del edificio y del porcentaje de personas satisfechas. La ventilación de los locales permite reducir el contenido de humedad y

aumentar la sensación de frescor en climas cálidos.

El movimiento de aire modifica la sensación térmica; una velocidad del aire

de 1m/s puede producir una sensación de temperatura inferior en 2° C ó 3° C. Sin embargo existe un límite de velocidad de 2.0 m/s, a partir del

cual el movimiento del aire puede resultar molesto.

3.2 Diagrama psicométrico y diagrama bioclimático. A partir de los parámetros y factores de confort térmicos comentados, se han hecho diversos intentos de valoración conjunta de una parte o de

todos ellos, intentado calcular estadísticamente el confort que producen.

De todos ellos destacaremos:

Diagrama psicométrico de Víctor Olgyay.

Dibujado por Olgyay en los años 50 y desarrollado en la universidad

de Beckley. El interés de este diagrama radica en la ayuda que ofrece para estudiar el potencial en el diseño exterior del edificio

para suministrar confort.

En la zona superior, en función de las condiciones exteriores

humedad relativa y temperatura nos da los valores de la velocidad

Pág

ina3

4

del aire necesarios para que las condiciones sean similares a las del

confort humano. (Alberich M. L., 2003)

En la zona inferior de la zona de confort, refleja las temperaturas

exteriores con las cuales podemos estar dentro de los niveles de confort si

los niveles de radiación solar son los adecuados.

Fig.4 Diagrama psicométrico de Victor Olgyay

Correcciones sobre el diagrama psicométrico de Baruk Givoni.

Son aportaciones sobre el diagrama psicométrico estándar utilizado

en climatización en el que se muestran unas zonas de confort variable teniendo en cuenta determinadas condiciones de humedad

y temperatura exterior y en función de la envolvente de la

edificación. Si está diseñada cuidadosamente nos creara unas condiciones

interiores que si ningún tipo de ayuda mecánica nos colocara dentro

de la zona de confort.

Pág

ina3

5

Fig.5 Diagrama bioclimático de Baruk Givoni

3.3 Aspectos acústicos. El confort acústico se consigue cuando son adecuadas las condiciones de reproducción sonora y se evitan las molestias que producen los sonidos no

deseados (ruidos) en el interior de un local.

Un ruido pude ser molesto aunque tenga un nivel de intensidad bajo, se

produce la molestia por el hecho de ser un sonido indeseado. Un sonido se considera excitante a partir de los 50 db y puede llegar a

producir lesiones a partir de los 95 – 100 db.

Aunque el oído humano percibe frecuencias de entre 16 y 20,000 Hz, es más receptivo para la zona comprendida entre 200 y 5,000 Hz. Dentro de

esta franja tiene mayor sensibilidad para las frecuencias graves (<250 Hz)

que agudas (>1,000 Hz), siendo estas últimas más perjudiciales para el oído.

3.4 Reverberación. El principal aspecto que influye en la acústica interior de un recinto es el

fenómeno de la reverberación. Consiste en la persistencia de un sonido

después de haber cesado su emisión y está motivada por las reflexiones múltiples de las ondas sonoras sobre las superficies que limiten dicho

recinto.

Tiempo de reverberación de un local es el lapso de tiempo que tarde un sonido en dejar de ser percibido por el oyente al cesar la fuente sonora; Si

Pág

ina3

6

en un local se emite un sonido que se registra con un nivel de 90 db, el

tiempo necesario para que se perciba con un nivel de 30 db será el tiempo

de reverberación del local. Un tiempo de reverberación demasiado largo hace que una conversación

normal se superpongan las silabas y que el sonido se pastoso y poco claro;

un tiempo demasiado corto convierte los sonidos en secos e incoloros, debiéndose consumir más energía para conseguir un determinado nivel

sonoro, etc. (Alberich M. L., 2003)

Debe considerarse que distintas utilizaciones de los locales comportan distintos tiempos de reverberación óptimos.

Focos y niveles en la producción de ruidos internos y externos.

Los focos en la producción de ruidos pueden ser innumerables tanto externos como internos. Se ha de considerar la importancia de los ruidos

que generan los electrodomésticos, muchas veces no esperados o casi

banalizados a pasar de su nivel sonoro.

Externos; tráfico, vecinos, agua, viento, lluvia, etc.

Internos; electrodomésticos, música, conversaciones, televisión, etc .

Fig.6 Vibraciones Fig.7 Sonido aéreo Fig.8 Sonido de impacto

3.5 Niveles de bienestar medios. Son difíciles de determinar puesto que como ya hemos comentado, no solo

dependen de la intensidad del sonido en cuestión sino también de como

los percibimos, serán ruidos si nos enmascaran otros sonidos que queremos percibir o bien si por su fluctuación y repetición son difícilmente

considerados como ruidos de fondo, a los que normalmente no prestamos

atención y no resultan molestos.

3.6 Aspectos lumínicos El confort visual depende de la factibilidad de nuestra visión para percibir

aquello que le interesa. El confort visual intervienen tres parámetros

fundamentales: cantidad de luz o iluminancia, el deslumbramiento y el

color de la luz.

Pág

ina3

7

La iluminancia o cantidad de luz se mide en Lux (1Lux = 1 lumen/m²).

Aunque el ojo humano puede apreciar iluminancias comprendidas entre 3

y 100,000 lux, para poder desarrollar cómodamente una actividad necesita desde 100 lux, en caso de por esfuerzo visual hasta 1000 Lux si se precisa

un esfuerzo visual alto. (Alberich M. L., 2003)

Tan importante como la cantidad de luz es la relación entre luminancias

ya que, en el caso de ser excesiva provoca el deslumbramiento. Aunque su

valor es difícil se pueden recomendar algunas relaciones de iluminancia adecuadas a una actividad determinada:

Aproximadamente de 1:3 entre el objeto observado y su fondo próximo de

1:5 con la superficie de trabajo en general y de 1:10 con las otras

superficies en el campo de visión.

El color de la luz es consecuencia del reparto de energía en las diferentes

longitudes de onda del espectro. En el color de la luz intervienen dos factores: la temperatura de color (la luz blanca tiene una temperatura

alrededor de 5000° K y emite en todas longitudes de onda) y el índice de

rendimiento para el color. Para tener una buena reproducción del color la luz a de tener energía

suficiente en todas las longitudes de onda.

La sensibilidad más alta del ojo humano corresponde al color amarillo – verdoso, que tiene una longitud de onda 555 nm.

Desde esta y a los dos lados del espectro visible la sensibilidad decrece

hasta anularse. Longitudes de onda mayores determinan colores rojizos y longitudes menores colores azulados.

3.7 Ciclo diario y estacional. El ojo humano es fruto de una evolución adaptada a la luz solar, por ello

es fundamental la consideración de los ciclos diarios y estaciones de la

misma. Esta variabilidad determina en muchos casos la fatiga del ojo humano y la correcta percepción visual. (Alberich M. L., 2003)

3.8 Niveles lumínicos medios. En base a estadísticas a pesar de la gran variación de situaciones y

factores que pueden condicionar la visibilidad o correcta percepción los

valores definidos lumínicos que se suelen adoptar se resumen en las tablas siguientes:

ILUMINANCIA (valores generales).

Actividades con esfuerzo alto;

dibujo con precisión, joyería y

similares

1,000 Lux

Actividades con esfuerzo visual alto

Pág

ina3

8

o muy alto de poca duración,

lectura, dibujo, etc.

750 Lux

Actividades con esfuerzo visual

medio o alto de poca duración; trabajos generales, reuniones y

similares.

500 Lux

Actividades de esfuerzo visual bajo o medio de poca duración:

almacenaje, circulación, reunión,

etc.

250 Lux

Factores modificadores de los valores generales de iluminancia.

X 0.8 X1 X1.2

Edad <35 años actividad poco

importante, actividad

fácil.

Edad de 35 años a 55 años actividad

importante dificultad

regular.

Edad > 55 años actividad crítica y poco

usual, alta dificultad.

VALORES DE LUMINANCIAS (Con su correspondencia con iluminancias)

Código visual Luminancia (cd/m²) Iluminancia horizontal

(Lux)

Rostro humano muy poco visible.

1 20

Visión correcta del

rostro.

10 – 20 200

Optimo con trabajos normales.

100 – 400 2,000

Superficies con

reflexión > 0.2 muy iluminadas.

>1,000 20,000

INDICES DE DESLUMBRAMIENTO (G)

Condiciones muy críticas, con trabajos difíciles, situaciones

peligrosas y similares.

Inapreciable < 13

Condiciones de trabajo largo con

dificultad normal, espacios de reposo, etc.

Bajo 13 – 16

Condiciones de trabajo ligero o de

duración corta, espacios de

relación y similares.

Medio 16 – 19

Condiciones poco críticas, espacios

de corta ocupación, circulaciones y

similares.

Alto 19 -22

Pág

ina3

9

Condiciones sin requerimientos

visuales, donde el

deslumbramiento no es problema.

Muy alto > 22

COLOR DE LA LUZ (Características recomendadas según el uso)

Tipos de espacio condiciones IRC (%) Tc (K)

Espacios donde

el color es muy importante.

De trabajo

De reposo

>85 4,500 – 6,000

2,500 – 4,000

Espacios donde

el color no es crítico pero

importa

De trabajo

De reposo

70-85 >4,000

<4,000

Espacios donde

importa poco el reconocimiento

cromático

De trabajo

De reposo

<70 >4,500

>4,500

Espacio sin

visión cromática

<40 Indiferente

3.9 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

Aspectos de funcionamiento. Para poder diseñar bioclimáticamente es fundamental tener en cuenta los aspectos para el funcionamiento de los elementos constructivos. Distintos

materiales funcionan de manera diferente según sus características y

según se utilicen en sistemas constructivos concretos.

Características de los materiales. La eficacia de los materiales constructivos en el control o modificación delas condiciones térmicas, lumínicas y acústicas se definen por la manera

en que los materiales empleados absorben, transmiten y acumulan

energía. No tiene sentido internarse en una clase de construcción sobre materiales

y elementos constructivos, simplemente destacaremos la importancia de

las características diferentes de los materiales desde el punto de vista térmico, es decir; resistencia térmica y capacidad térmica.

Desde el punto de vista lumínico; coeficientes de transmisión, absorción,

reflexión y refracción de la luz. Y el punto de vista acústico; absorción,

transmisión y reflexión de sonidos. (Alberich M. L., 2003)

Pág

ina4

0

PROPIEDADES TERMICAS DE DISTINTOS MATERIALES UTILIZADOS EN

LA CONSTRUCCION.

ESTRUCTURAL

Material Densidad kg/m³ Calor especifico Wh/kg °C

Conductividad térmica W/m °C

Granito 2600 2.5 0.25

Hormigón aligerado 1200 0.4 0.28

Hormigón denso 2100 0.23 1.30

Entonces el diseño bioclimático qué relación tiene con las ecotecnias, pues

amplia y diversa contribuye y hace una aportación sustanciosa a la utilización de las ecotecnias pasivas o activas.

Si es ya una vivienda tipo y se necesitan equipos para climatización, la

energía eléctrica es demandante en esta situación es por esto que se calcula el gasto para los equipos y se estudia el movimiento del sol en la

vivienda para colocar paneles con celdas fotovoltaicas y así generar la

energía.

Cuando el suministro de agua potable no es diario, reciclar el agua jabonosa así como captar el agua de lluvia para su posterior uso es otra

ecotécnica en donde varios datos que aporta el diseño bioclimático nos son

útiles, en este último caso por ejemplo, los meses y la cantidad de precipitación pluvial.

La arquitectura bioclimática trata a un elemento base y fundamento de

varias ecotecnias como en los anteriores ejemplos, este es el clima por esto se debe exponer la relación del Clima y la Arquitectura.

El clima caracteriza e identifica a una región por el comportamiento de sus

componentes y sus variables atmosféricas; esto da lugar a un estilo de vida con características físicas y psicológicas muy particulares en el hombre,

que lo distinguen por raza. “el tipo de clima, junto con la herencia racial y

el desarrollo cultural constituyen uno de los tres principales factores que

determinan las condiciones de la civilización.” (Viqueira, 2001) La arquitectura se expresa como una respuesta al tiempo, a la cultura y a

las condiciones físicas y ambientales del sitio donde esta se desarrolla.

Este hecho arquitectónico tendrá efectos al medio ambiente pues incide en la energía como en la salud del hombre.

La adecuación al hábitat y el ingenio humano hacen posible que el hombre

habite todos y cada uno de los distintos climas de la tierra.

El clima es el conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan a una

zona geográfica. (Alberich M. L., 2003)

Pág

ina4

1

Las condiciones climáticas están en constante cambio, con un ciclo

dinámico en cuanto a lugar y tiempo. Para el análisis de las condiciones

climáticas con fines arquitectónicos se tiene: 1. Macro climatológico o regional y

2. Micro climatológico o local.

Por tanto los factores micro climáticos pueden ser fácilmente modificados por la arquitectura mediante edificaciones, movimientos de tierra, cuerpos

de agua o vegetación.

Factores del clima. Son las condiciones físicas que identifican a una región o un lugar en

particular, y determinan su clima. Los principales factores son:

Latitud, altitud, relieve, distribución de tierra y agua, corrientes marinas y

modificaciones al entorno. Los elementos del clima son; temperatura, humedad, precipitación, viento,

presión atmosférica, radiación, nubosidad y visibilidad. (Viqueira, 2001)

Pág

ina4

2

Capítulo 4

Ecotecnias aplicables a la vivienda residencial unifamiliar.

Factores que deben tenerse en cuenta para la elección de un

sistema eco técnico. Tomado del Seminario Internacional PLEA’ 84 y las visitas a las

comunidades ecológicas Muñoztla, el Oyamenyo y la casa del Ajusco se precisan buscar estos datos mínimos para realizar una selección.

Entre ellos podemos citar:

Su descripción. Tener una idea así como las características del sistema. Rendimiento. Lo esperado por el sistema.

Ventajas y desventajas. Nos conviene o no si uso, experiencias previas,

objetividad ante todo.

Costo. Como referencia comparativa entre otros sistemas. Observaciones. Datos no contenidos pero de gran importancia.

Datos complementarios. Diagramas tablas e ilustraciones.

4.1 Louvers.

Fig.9 Louvers en fachada principal, disminuye la entrada del sol y ventila.

Pág

ina4

3

El nombre de esta ecotécnica proviene del inglés, la cual traducida al

español quiere decir; persiana, celosía, lumbrera o lucerna.

Pues es una estructura laminar como rejilla que deja pasar el viento o la luz, su uso común es en los domos de los techos. Una aplicación reciente

es para dejar pasar el viento y así refrescar las oficinas, viviendas, etc.

Tiene mucha presencia como elemento arquitectónico para las fachadas. Las aletas de los Louvers pueden ser fijas, ajustables o una combinación

de ambas características, los tipos de aletas pueden ser drenables o no

drenables están colocadas entre 30° y 45° sus marcos estructurales pueden ser de formas variables así como de varios anchos (2”, 3”, 4” y 6”). Así para ajustarse a las distintas aberturas en las edificaciones o ya sean

muros cortina.

Cuando un Louver es aplicado como ecotécnica la diferencia estriba en sus aletas pues si estas son fijas se tiene un bajo control del viento, en cambio

si estas son ajustables ya sea manual o electrónicamente mediante

actuadores mecánicos, tendremos un importante apoyo para el confort térmico del espacio habitable en donde se desea aplicar esta ecotécnica.

4.1.3 Aplicación. Los Louvers son utilizados en un sin número de aplicaciones para el

movimiento del aire, sobre todo toma y extracción de aire en sistemas de

calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) o para ventilación general. Usualmente son instalados en los vanos de las paredes esto puede

ser interno o externo tanto en áticos o en sistemas de ductos.

Los Louvers Namm para estos sistemas pueden ser de aletas fijas, de aletas ajustables o una combinación de ambas en una sola estructura (ver

figura 1).

El diseñador trata de seleccionar un Louver que funcione eficientemente dentro de los parámetros del sistema. Muchas veces el diseñador es

requerido para ajustar el Louver en una abertura ya existente o de

medidas predeterminadas y aun así, debe escoger uno que funcione dentro de los límites de diseño del sistema en cuanto a la caída de presión,

velocidad, penetración de agua, etc.

Se encuentran Louvers con diferentes tipos de aletas (drenables y no

drenables), colocadas en diferentes ángulos (30° y 45°) y con marcos

estructurales de forma variada (perfil acanalado, perfil en L, etc) y de

varios anchos (2”, 3”, 4” y 6”) para ajustarse a los requisitos de operación de cualquier sistema.

El diseño de los Louvers permite que estos se acomoden con facilidad en

las aberturas hechas en una gran variedad de construcciones como: edificios de paredes delgadas, muros cortina y muros en acero estructural

o de mampostería. Un Louver de aletas ajustables está diseñado con el

mismo propósito de servicio que un Louver de aletas fijas, con la diferencia de que por su característica ajustable permite controlar el flujo de aire y

Pág

ina4

4

proteger de manera adicional contra las malas condiciones del tiempo.

Estos Louvers pueden ser operados manualmente o con actuadores

mecánicos. (Grupo Namm, 2006)

4.1.1 Diseño Generalmente los marcos de los Louvers se clasifican en tipo canal C o

bridado L. para facilitar su instalación ambos se fabrican a una medida

menor que la de la abertura (1/4” tanto en el ancho como en la altura). El

Louver con marco tipo canal usualmente se monta embebido en el muro, al ras o remetido en el vano. Mientras que el marco tipo L se monta

traslapado o sobre puesto a la abertura.

Ambos tipos deben ser sellados alrededor de su perímetro para evitar fugas.

Louvers Aletas fijas no – drenables; estas aletas normalmente planas se fijan en

ángulos de 30° y 45° dentro del marco, la determinación final de este

ángulo es el compromiso entre el flujo de aire, la caída de presión y la penetración del agua pluvial.

Aletas fijas drenables; estas aletas en su extremo inferior llevan una

canaleta para drenar el agua pluvial.

También se fijan en ángulos de 30 y 45, por medio de sus canaletas el agua es drenada hacia la parta baja del Louver a través de los postes

verticales, descargándola hacia afuera por el larguero inferior. Esto

minimiza el “efecto cascada” que se da en los Louvers de aletas no drenables, en los cuales el agua pluvial va cayendo por gravedad de aleta

en aleta.

Aletas ajustables; estas aletas giran dentro del marco del Louver, hacia cualquier dirección desde la posición de totalmente abierto, hasta la de

totalmente cerrado. Las aletas de estos Louvers pueden ser drenables o no

drenables, su movimiento es por medio manual con manivelas, palancas y/o cadenas. Algunos de estos actuadores pueden montarse como parte

integral del Louver.

Área libre de los Louvers; es aquella por medio de la cual el aire puede pasar; esta varía según el tamaño del Louver. Sólo comparando el flujo de

aire que pasa a través de las áreas libres de los Louvers, es posible hacer

una determinación viable del rendimiento de estos. El porcentaje de área

libre es el área libre calculada dividida entre el área bruta del Louver y multiplicada por 100.

4.1.2 Cálculos. El área libre se determina multiplicando la suma de las distancias

mínimas entre las aletas intermedias más la distancia entre la aleta

superior y el cabezal, más la distancia entre la aleta inferior y la base (repisó), por la distancia mínima entre los postes verticales (jambas).

Pág

ina4

5

4.1.4 Fórmula para calcular el área libre y el porcentaje de

área libre. Fórmulas relativas a sus áreas:

La caída de presión y el rendimiento de aire en un Louver.

El rendimiento del aire a través de un Louver es determinado por la caída

de presión que sufre un cierto volumen de aire al pasar con cierta velocidad a través del área libre de dicho Louver. Tanto la caída de presión

como el volumen de aire se establecen mediante pruebas efectuadas con

un Louver de tamaño conveniente (48” x 48”). Para establecer la relación entre el volumen de aire y la caída de presión según AMCA, es necesario

hacer por lo menos cinco pruebas en las que se va incrementando

cantidades iguales al volumen de aire para obtener las caídas de presión

correspondientes, las cuales se utilizan para trazar la gráfica; rendimiento del Louver.

Esta se obtiene graficando los valores de las caídas de presión contra la

velocidad con que fluye el volumen de aire al pasar a través del área libre del Louver correspondiente.

Fig.10 Grafica; penetración agua de lluvia/a través área libre.

𝐿[𝐴 + 𝐵 + (𝑁𝑋𝐶)]

144

𝐿[𝐴 + 𝐵 + (𝑁𝑋𝐶)]100

144

Pág

ina4

6

4.2 Sistema para reciclar aguas grises.

Al reciclar este tipo de agua ya utilizada en la vivienda se estima un ahorro

de 50 lt de agua por persona al día lo que significa un 25% del consumo

diario en una vivienda.

Para estos sistemas se requieren conexiones de los desagües tanto la bañera ó ducha, lavabo, lavadero, tarja en cocina y lavadora de ropa a un

deposito en donde se realizaran dos tratamientos de depuración.

El tratamiento físico, aquí se deben diseñar trampas para impedir a las partículas sólidas el paso en la filtración de las aguas grises.

El tratamiento químico; para la cloración del agua se debe usar un

hipoclorito sódico el cual se vierta mediante un dosificador automático, así tendremos el agua lista para su reutilización.

Finalmente se devuelve el agua hacia la cisterna mediante bombas de bajo

consumo antes de que se requiera llenar con agua proveniente de la toma domiciliaria o bien tener dos cisternas.

El agua gris es distinta al agua negra pues las grises no se tiran al

inodoro, no son aguas servidas con desechos orgánicos humanos, las

aguas grises en la vivienda son el 50% del agua que utilizamos para nuestra vida diaria y su uso después de ser procesada o reciclada y

desinfectada se puede recuperar para ser utilizada en los tanques de los

inodoros, el riego del césped, jardinería especialmente cuando son las sequias. (Vélez, 2007)

Pág

ina4

7

El agua potable es un bien cada vez más escaso que debemos proteger,

tanto a nivel institucional como empresarial o particular.

Se desperdician litros de ella al bajar la palanca del inodoro o al lavar el suelo, pero esto puede evitarse, pues es posible ahorrar miles de litros de

agua potable al año mediante el tratamiento de aguas grises ya utilizadas.

4.2.2 Definición de aguas grises. Se denomina agua gris al agua residual de uso doméstico que no contiene

desechos sólidos humanos, incluye la que proviene de la tarja, cocina, regadera, lavabo y lavadora.

Esta distinción se hace, entre otras cosas, porque puede ser aprovechada

para actividades que no requieren de agua con calidad potable. Como ya se sabe, el agua del excusado y toda la que contiene residuos

sanitarios, se conoce como agua negra, sin embargo el sistema de drenaje

común en los hogares desecha toda el agua directamente junto con las aguas negras, contaminando así las aguas grises e impidiendo su posible

aprovechamiento.

Una iniciativa importante en el ahorro de agua consiste precisamente en el reúso de las aguas grises en los hogares, representan entre 50% y 80% de

las aguas residuales residenciales, y pueden ser aprovechadas para

evacuar inodoros, regar jardines o realizar la limpieza de ciertas áreas.

La recolección de aguas grises puede efectuarse de una manera muy sencilla, por ejemplo, recolectando el agua que sale de la regadera

mientras se espera a que salga la caliente hasta de una manera más

desarrollada, con una instalación de sistemas automáticos de recolección y reúso. (Espíndola, 2014)

Fig.11 Recolección de agua potable en ducha mientras esta alcanza una temperatura

deseable para bañarse.

Pág

ina4

8

Al aprovechar las aguas grises se reduce la demanda de agua potable, con

todas las consecuencias positivas que esto tiene para el ambiente y la

sociedad. Reciclar el agua usada es una de las mejores opciones para reducir costos en el hogar, y sobre todo, para tener un consumo

sustentable. Al reutilizar las aguas grises, residuales o las de lluvia,

ahorramos miles de litros de agua potable al año, puesto que utilizamos el agua reciclada para todos aquellos usos en los que no es indispensable el

agua potable, es decir, todos, menos cocinar, beber y ducharnos.

4.2.1 Uso de aguas grises en el hogar. Si las aguas grises se reutilizan en el hogar, no solo se reduce la demanda

de la potable, sino también la cantidad de aguas residuales que salen del hogar, debido a que la demanda de agua crece constantemente, es

necesario invertir en enormes proyectos de infraestructura, tanto para su

distribución en las áreas residenciales, como para su tratamiento al entrar y salir de las casas. Para evitar estos altos costos, es preciso aprovechar el

agua al máximo y reducir nuestra demanda personal.

Uso en inodoro. El agua gris se puede usar para evacuar el inodoro. Si no ha sido tratada,

se debe vaciar directamente en la taza del baño, pues en el tanque puede

causar daños al sistema y propiciar la acumulación nociva de bacterias.

Los sistemas que recirculan automáticamente el agua gris de la casa a los excusados son muy complejos y requieren forzosamente de un tratamiento

previo. (Espíndola, 2014)

Uso en áreas verdes.

El lugar óptimo para reusar las aguas grises es el jardín. Si el agua se

distribuye manualmente, no es necesario tratarla previamente, ya que al permearse a través de la tierra, esta funciona como un filtro natural a la

vez que las plantas aprovechan varios de los componentes de las aguas

grises. Algunas de las recomendaciones más importantes para su aprovechamiento son:

Nunca se deben regar áreas grandes como pasto con aguas grises

sin tratar, pues se pueden quedar bacterias en la superficie, también hay que evitar usarlas sobre frutas y verduras que se consumen

crudas.

Las plantas que prefieren condiciones acidas en el suelo no toleran

este tipo de agua.

Cuando se usan para regar, es mejor aplicarlas directamente en la

tierra.

Se pueden usar para los árboles frutales si se aplican directamente

sobre las bases de estos.

Son difíciles de distribuir en sistemas de riego por goteo, pues

contienen solidos suspendidos que tapan los sistemas. La forma más

Pág

ina4

9

eficiente es regar a mano, aunque se debe evitar el contacto con el

agua sucia.

Utilizar productos que sean adecuados para el reúso de aguas grises ya que algunos pueden contener toxinas que son absorbidas por las

plantas. Muchos productos de limpieza caseros no son adecuados

para ser introducidos a la naturaleza, y es mejor dejarlos ir con las aguas negras.

Si tus plantas dejan de tener apariencia sana o tu jardín empieza a

oler mal, suspende el uso de aguas grises

Usa menos fertilizante cuando riegas tus plantas con aguas grises, pues generalmente estas son ricas en nutrientes que contienen los

fertilizantes.

Riega con aguas grises en tiempos de sequía, y aplica solo la

cantidad necesaria que requiere la planta.

4.2.3 Funcionamiento de un sistema de aguas grises. Estos sistemas constan de unos depósitos que recolectan las aguas de la ducha y de los grifos en los lavabos, donde llevan un tratamiento de

depuración. Gracias a la depuración, el agua se puede reutilizar no solo

para alimentar los tanques de los inodoros, ya que también sirven para el riego del jardín o la limpieza de los exteriores.

Estos sistemas nos ayudan a ahorrar entre 30 y 45 % de agua potable.

El sistema por implantar requiere la conexión de los desagües de los lavabos y bañeras a un depósito donde se realizan dos tratamientos de

depuración uno físico, mediante filtros que impiden el paso de partículas

sólidas: dichos filtros tienen que ser de tamaño adecuado para retener aquellas partículas que pueden aparecer en los desagües.

El otro tratamiento es químico, mediante la cloración del agua con

hipoclorito sódico aplicado con un dosificador automático, que la deja lista

para ser reutilizada. La elección de un tipo de tratamiento de las aguas grises depende de

varios factores como: el sitio de instalación, el espacio y recursos

financieros disponibles, las necesidades de los usuarios y el uso de agua tratada, entre otros.

Por otra parte, es necesario que las construcciones cuenten con doble

tubería para drenaje para la separación de aguas servidas; una para las aguas negras y otra para las aguas grises.

Para la recolección y el uso manual solo se necesitan algunos recipientes y

cubetas, como ya vimos, esta opción es claramente la más económica: se colecta el agua de la regadera, lavadora y tarja, y se aprovecha en otros

usos del hogar. (Espíndola, 2014)

Pág

ina5

0

Ventajas y desventajas de la utilización de aguas grises.

4.2.4 Ventajas. Menor consumo de agua potable. El agua gris puede remplazar el

agua potable fresca para muchos usos en el hogar. Esto le ahorra

dinero a los municipios en costos de distribución, mantenimiento, tratamiento e infraestructura, y aumenta el suministro efectivo en

muchos casos.

Menor desgaste de las fuentes naturales de agua. Al reducir la demanda, disminuye la extracción de los sistemas naturales y así

evita la degradación ambiental.

Menor cantidad de aguas residuales que necesitan ser tratadas en

los municipios o en los tanques sépticos. El uso de aguas grises aumenta el ciclo de vida y la capacidad de los tanques sépticos.

Ahorro de energía y químicos en el tratamiento. Si se aprovechan las

aguas grises en el hogar, se bombea menos agua y también se

reduce el uso de productos contaminantes, como detergentes; además, será menor la cantidad que necesita tratamiento (tanto al

entrar como al salir del hogar).

Aprovechamiento en el jardín y áreas verdes. Si aprovechas el agua gris en tu casa, puedes mantener verde tu jardín, aunque vivas en

regiones secas o sean tiempos de sequía.

4.2.5 Desventajas. Los sistemas de reutilización de aguas no pueden utilizarse en cualquier

lugar, puesto que es necesario un espacio suficiente que permita desarrollar el proceso del tratamiento y que reúna las condiciones

climáticas adecuadas.

Hay que tener en cuenta que aunque las aguas grises normalmente no son tan peligrosas para la salud o para el medio ambiente, como sí lo son las

aguas negras provenientes de los caños; poseen cantidades significativas

de nutrientes, materia orgánica y bacterias, por lo que si no se realiza un

tratamiento eficaz previo a su descarga o reutilización, pueden causar efectos nocivos a la salud, contaminación del medio y mal olor. (Espíndola,

2014)

4.2.6 Precauciones. Contacto. Cuando se trabaja con aguas grises es importante usar

guantes. La tubería y las mangueras del sistema de aguas grises o las cubetas y regaderas que usan para su manejo deben estar

correctamente etiquetadas, para su identificación.

Microorganismos dañinos en las plantas. La aplicación directa de agua gris sin tratamiento sobre las hojas puede dejar

microorganismos dañinos en las plantas.

Por esta razón, es preferible evitar regar con aguas grises áreas

Pág

ina5

1

grandes de pasto, así como frutas o verduras. Cuando se usan

aguas grises es mejor regar directamente en la tierra, y si se usa

para los árboles frutales es mejor aplicarla directamente sobre la base de estos.

Contaminación de las aguas superficiales. Si las aguas grises no se

filtran a través de la tierra pueden contaminar cuerpos de agua fresca cercanos. Por esto se debe evitar el escurrimiento directo de

estas aguas en los ríos y lagos.

Contaminación química en las aguas grises. La purificación biológica

no remueve las toxinas industriales (p. ej. Las provenientes de productos de limpieza), estas son absorbidas por las plantas y la

tierra, penetran hacia los acuíferos, contaminándolos. Muchos

productos de limpieza caseros no son adecuados para ser introducidos a la naturaleza y es mejor desecharlos junto con las

aguas negras.

Consumo. Las aguas grises nunca se deben beber, hay que

mantenerlas en un lugar alejado de los niños y las mascotas, para evitar su contacto.

Almacenamiento. Nunca se deben almacenar aguas grises por más

de 24 horas, pues las bacterias se reproducen rápidamente y pueden

ser un riesgo para la salud.

Otras consideraciones. El agua del lavavajillas no debe usarse para

riego pues los detergentes son muy agresivos para las plantas. El

agua del lavado manual de trastes se puede usar si tiene poco detergente y poca grasa.

4.2.7 Tecnologías. Si bien hay maneras sencillas y económicas de colectar el agua gris,

también hay sistemas muy desarrollados que se pueden instalar en las

casas, estos separan automáticamente las aguas grises de las aguas negras y las almacenan para sus distintos usos en el hogar. En México, los

sistemas automatizados no son muy comunes pero en países como

Australia, en donde al agua es muy escasa, es una práctica estándar. La tecnología adecuada para el uso de este tipo de sistemas depende del

contexto en el que se instala, la más apropiada para un lugar determinado

depende de factores como el clima, las regulaciones locales, las

condiciones del suelo, entre otros. Por otro lado, si se quiere aprovechar este recurso hay maneras fáciles y

económicas de hacerlo, como la distribución y recolección manual que ya

se ha mencionado. (Espíndola, 2014)

Pág

ina5

2

4.2.8 Distribución con un sistema de separación de aguas

grises. En algunos países se comercializan equipos para automatizar la

separación de las aguas grises de las aguas negras, tratarlas y

redistribuirlas por la casa. Los sistemas automatizados requieren de tratamiento con filtros y

desinfección, así como de bombas para su distribución; por lo que la

instalación y el mantenimiento de estos sistemas resultan costosos y laboriosos.

En México no son muy comunes los sistemas automáticos de separación

de aguas grises. Si se tiene pensado instalar un sistema de este tipo en la vivienda, algunas consideraciones importantes son:

Disponer de un espacio suficiente para la ubicación de los tanques

de almacenamiento y tratamiento. Además, se tienen que instalar tuberías especiales para aguas grises, pues no se pueden usar las

existentes para agua potable y aguas negras.

El tamaño de los tanques tiene que ser adecuado para mantener un balance entre el suministro y la demanda de aguas grises en el

hogar.

Es importante distinguir la tubería que contiene el agua gris de la

del agua potable y la de las aguas negras.

En algunos casos el agua gris es recolectada en un nivel bajo y debe

ser bombeada a los niveles en donde será usada (por ejemplo, a los

baños, para abastecer los tanques del W.C.)

En sistemas automáticos, el agua gris debe ser desinfectada para controlar el crecimiento de bacterias. (Espíndola, 2014)

4.2.9 Limitaciones.

Los sistemas de aguas grises que se usan bombas requieren de

mantenimiento frecuente, además, las bombas son grandes consumidores de energía requieren filtros y limpieza constante.

El agua gris no debe almacenarse por más de 24 horas, de lo

contrario desarrolla niveles bacterianos similares a los de las aguas

negras que pueden ser nocivos para la salud. Por esta misma razón los tanques no deben ser muy grandes: el estándar internacional es

de 200 litros como máximo para áreas residenciales. Están

diseñados para ser drenados completamente cada 24 horas, ya sea encima de la tierra, si el agua puede ser absorbida, o vaciados al

drenaje con las aguas negras.

La instalación de la tecnología de reúso del agua gris en los hogares,

junto con su mantenimiento, puede ser costoso y el ahorro en términos de dinero puede ser mínimo.

Pág

ina5

3

La distribución manual de aguas grises es un trabajo físico

intensivo.

Los diseños de distribución de agua potable no siempre funcionan

para las aguas grises, ya que estas tienen solidos suspendidos que pueden tapar los sistemas diseñados para agua potable.

4.2.10 Tratamiento de aguas grises en las viviendas a mayor escala. Para adaptar un sistema de reciclaje en una vivienda que se integre al sistema hidráulico, es necesario disponer de más de un circuito hidráulico

en la casa, para así poder separar el agua potable, el agua reciclable y

agua reciclada. Debido a la complejidad de la obra se recomienda que es sistema se instale cuando la casa está aún en construcción, para evitar los

costos de ranurar paredes, abrir pisos, etc.

4.2.11 Sistema de reciclado de aguas grises. El sistema de reciclado es un dispositivo de tecnología aproximado de un

armario, que puede instalarse rápidamente en cualquier sótano o bodega y su funcionamiento consiste en un filtrado biomecánico libre de elementos

químicos, mediante esterilización a través de una lámpara de rayos

ultravioleta. Con este dispositivo, el ahorro de agua puede alcanzar 90 mil litros

anuales en una vivienda de cuatro a cinco individuos y funciona mediante

un sistema modular que puede ser ampliado con módulos adicionales, además, la garantía cubre cinco años para los tanques y la cámara, así

como dos años para el resto de los componentes.

Entre sus características, podemos encontrar las siguientes:

El filtrado se realiza en dos fases, correspondientes a dos cámaras

diferentes. Las partículas de mayor tamaño son recogidas

mecánicamente y expulsadas en las aguas residuales. Posteriormente se realiza un tratamiento con bio agentes.

La esterilización se produce en la cámara derecha, mediante una

lámpara ultravioleta que desinfecta el agua, cumpliendo así con la

directiva Europea 76/160 EWG de agua para uso doméstico.

Si la cantidad de agua necesaria es más elevada que la almacenada,

se requiere la incorporación de agua de la red potable para

garantizar el suministro.

Para su uso solamente es necesario disponer de un sistema de

tuberías que separe, por un lado, el agua potable, y por otro, el agua

reciclada.

Pág

ina5

4

4.2.12 Algunos diseños. De tota el agua que hay en el mundo, solo 0.007% es potable, por eso es un dispendio indignante utilizarla de manera desmedida e inconsciente.

(Espíndola, 2014)

Más de un diseñador se está dando cuenta de esto y están saliendo al

mercado numerosos dispositivos en los que solo es necesaria una pequeña

modificación del baño para poder aprovechar el agua del lavabo para el tanque del inodoro así como mínimas adaptaciones para la instalación de

sistemas de aguas grises en viviendas ya construidas. En caso de no ser

suficiente con el agua del lavabo, existe una entrada automática de agua de la red de suministro de la casa.

Fig.12 Lavabo y sanitario, aprovechamiento directo aguas grises.

En la figura 10 podemos apreciar un sistema que conecta el agua de descarga del lavabo con la cisterna del inodoro, consiste en un tanque que

se coloca bajo el lavabo y que se conecta al WC, o bien también se puede

instalar uno que consiste en un moderno diseño de un lavabo conectado al inodoro. Fig 11

Pág

ina5

5

Fig.13 Moderno diseño de un lavabo conectado al inodoro para aprovechamiento de

aguas grises.

Algunos fabricantes han puesto en el mercado sistemas de captación y filtrado de aguas grises que se instalan en sótanos o bodegas y que

capturan el agua jabonosa de toda la casa, la filtran y la envían al inodoro,

a la lavadora y a una toma libre. Estos dispositivos permiten ahorrar hasta

90 mil litros de agua al año. Otro proyecto es el de una cabina que combina todo lo que hay en un baño

para hacer un solo objeto completamente funcional y ahorrativo. Ideado

por el italiano Massimo Brugnera, el Aquabox es un baño completo con múltiples utilidades, que fue diseñado para hábitos y comportamiento de

ahorro de agua, sin duda es un buen invento hecho para cuidar el medio

ambiente, pero perfectamente diseñado con un tono moderno fig. 14

Fig.14 Aquabox innovador diseño que incorpora todos los aseos al sanitario para el

aprovechamiento de aguas grises.

Pág

ina5

6

En la figura 15 se muestra otro diseño que contiene una ducha,

lavamanos e inodoros, y la gracia es que el agua que se usa en los

primeros dos es purificada para ser reutilizada al tirar la cadena o incluso para regar plantas, y tiene la capacidad para guardar hasta 80 litros de

agua. Diseñado con la más alta tecnología, este baño es fácilmente movible

y su diseño le permite incluso parecer un adorno. (Espíndola, 2014)

Fig.15 En este novedoso diseño para reutilizar aguas grises, estas son purificadas tanto

para regar o usarlas para usos sanitarios.

Al parecer, el único problema es que es enorme, y habría que tener un

baño sin ducha, sin sanitario y sin lavamanos para que valiera la pena adquirirlo. En todo caso es una buena idea.

Finalmente cabe señalar que invertir una sola vez en cualquiera de estas

opciones nos beneficiara con ahorros permanentes y permitirá además que nuestra vivienda sea una casa con conciencia ecológica. (Espíndola, 2014)

Pág

ina5

7

4.3 Sistemas para almacenamiento, tratamiento y

utilización de aguas pluviales.

Fig.16 Sistema para potabilización de agua pluvial en una residencia.

Se debe instalar una cisterna para la recolección de agua pluvial, los

canalones y las canaletas en las azoteas deben estar libres de soldadura de

plomo, pintura, hojas y demás material extraño para poder reciclar de manera segura el agua de lluvia para beber.

EL agua potable, o agua que está libre de contaminantes y que es segura

para beber requiere una concentración más alta de la filtración. Una vez que el agua pluvial es recolectada de manera segura, se requiere un

sistema de filtración y osmosis inversa para hacerla potable.

Pág

ina5

8

Fig.17 Diagrama unifilar para alimentar a los muebles con agua tratada.

Sistemas para Captación de Agua de Lluvia (SCALL). Se definirá que es un sistema de captación de agua de lluvia. Se dará a

conocer cuáles son las partes que conforman el sistema y cómo funcionan,

y se describirá todo el proceso que se lleva a cabo, desde la captación hasta el tratamiento, con el objetivo de presentar el SCALL como una

tecnología viable y sustentable para las edificaciones.

Definición del sistema de captación de agua de lluvia. Es el conjunto de tuberías, accesorios y equipos que captan y recolectan la

lluvia que cae sobre una superficie para conducirla a un dispositivo de almacenamiento para su uso posterior.

Pág

ina5

9

Fig.18 Sistema aprovechamiento para aguas pluviales.

Hay sistemas sencillos que utilizan la lluvia para el riego de áreas verdes o lavado, en este caso se necesita un proceso de filtración primario que

decante la basura acumulada en la azotea.

Otros SCALL se diseñan con el fin de proveer agua al sistema hidráulico de las edificaciones e incluso para abastecer el consumo humano. Para este

caso es indispensable contar con un sistema de filtración y potabilización

especializado para garantizar la pureza del agua.

Agua de lluvia. Es el agua de precipitaciones que no ha sufrido una contaminación severa, no tiene contaminantes químicos no tóxicos que alteren considerablemente

su pureza, ya que ha sido captada en una superficie que no es transitada

por el ser humano ni por vehículos. Esta agua suele contaminarse con hojas de árboles, polvo o excrementos

de pájaro acumulados en la azotea, por este motivo, las superficies

captadoras requieren mantenimiento y limpieza.

Agua Pluvial. Es el agua que al tener contacto con el suelo ha sufrido un grado de contaminación mayor, ya que al circular por superficies transitadas por

vehículos y el ser humano se mezcla con diferentes productos químicos,

lixiviados, basura no biodegradable y otros agentes que alteran nocivamente su pureza.

Pág

ina6

0

4.4 Techos y Cubiertas Verdes. Uno de los problemas ambientales detectados en las grandes ciudades está

vinculado a la falta de espacios verdes, que trae como consecuencia,

inundaciones, incremento de la temperatura en espacios urbanos, pérdida de biodiversidad, derroche energético, polución atmosférica y emisión de

anhídrido carbónico.

En función de esta problemática, surge la necesidad de implementar

techos verdes, que son espacios verdes donde la cubierta vegetal es plantada sobre un sustrato de poca profundidad.

En este punto es importante diferenciar los dos sistemas de cubiertas

verdes; los intensivos y los extensivos. Los primeros están asociados a un jardín de altura donde generalmente

son accesibles, presentan profundidades de sustrato mayores que los

extensivos, conformados por una amplia variedad de especies que en su mayoría requieren riego y alto mantenimiento. En contrapartida, están los

sistemas extensivos que son livianos, de poca profundidad (5-15 cm),

generalmente no son accesibles y presentan un bajo mantenimiento sin suministro de riego, siendo sistemas más hostiles para la vegetación en

cuatro a condiciones de temperatura y humedad, que acotan la diversidad

de especies. En función de esto, la elección de especies es uno de los

puntos importantes focalizando sus características conjuntamente con el sustrato a utilizar. (María Silvina Soto, Lorena Barbaro, María Andrea

Coviella y Santiago Stancanelli, 2005)

Fig.19 Techo o azotea verde de bajo espesor en su estrato para cultivo.

Pág

ina6

1

En los Estados Unidos de América se llevan 10 años construyendo en

Europa alrededor de 40 años.

Muchos entusiastas vieron este particular producto como un caso de negocio, las ventajas de tener una azotea verde son varias y buenas por

ello se han estado creando por autoridades líneas o pautas a seguir para la

construcción y mantenimiento de estas azoteas verdes. Los primeros organismos como autoridades en Estados Unidos en ofrecer

estándares o lineamientos para este tipo de construcción fueron la ASTM

(American Standards and Testing Methods), Factory Mutual y National Roofing Contractors Association, solo por nombrar algunas.

Estas líneas o estándares son elaborados y redactados de manera muy

puntual pues el nivel de riesgo es alto. Los manuales no tienen todas las

líneas guía o pautas para todos los casos o situaciones relativas a la construcción de azoteas verdes.

Hay que desarrollar una visión completa de la azotea verde junto con el

edificio que contribuirá a la sustentabilidad de mismo, mas sin embargo también a enriquecerlo visualmente.

El proceso de diseño comienza con varias preguntas que nos ayudaran a

definir los aspectos.

¿Por qué construir una azotea verde para este proyecto en particular?

Específicamente, ¿Cuál es el propósito de esta azotea verde?

¿Las personas se reunirán para disfrutar e interactuar con la naturaleza? Si es así hay varias consideraciones y requerimientos estructurales para

soportar este tipo de carga extra.

Se debe garantizar la seguridad de los usuarios, tanto la estructural como

las fronteras o bordes de la azotea es decir colocando barandales, antepechos para resguardad o contener la actividad.

El acceso a este espacio se debe considerar y pensar en él, debe ser seguro

se debe ubicar desde la concepción del proyecto verde. Quizá la azotea verde no va a ser un espacio en el cual las personas se

reúnan y sea un espacio para contemplar desde ciertas vistas, o podría ser

no visto por nadie por ser un proyecto para reducir el flujo pluvial, para reducir el consumo de energía o bien para obtener una certificación LEED.

Es por esto que desde el comienzo del proyecto debemos saber, ¿Cómo

debería verse?, ¿Cuál es su propósito? El cómo debería verse o se desearía es por la vegetación y las plantas,

muchas veces se tiene ideado, flores, arbustos, pasto, etc. Cuando se

revisan las condiciones estructurales existentes el proyecto tiene que

cambiar por uno más sencillo más ligero. En el diseño de azoteas verdes muchas veces es un balance entre deseos,

necesidades y finanzas personales, pues los refuerzos estructurales en la

losa para azotea deben considerarse como un costo relevante. (Luckett, 2009)

Pág

ina6

2

Fig.20 Ejemplo de azotea verde, estrato para cultivo poco profundo.

4.4.1 Diseño para techos verdes. Tipologías acerca de los techos verdes.

En Estados Unidos y Europa ya se tiene reglamentación y códigos para esta ecotécnica aplicada a vivienda vertical y horizontal, comercio, oficinas,

etc. Por lo tanto siguiendo esta pauta se definirá:

1. Roof top garden; Jardín para azotea y/o cubierta ajardinada.

2. Green Roof; Techo verde y/o azotea verde.

La descripción de estos dos tipos se da en automático al pensar en la

pregunta del propósito, es decir, si los visitantes del techo verde recorrerán

la azotea verde, caminando y disfrutando el espacio estamos hablando entonces de una cubierta ajardinada. Donde las plantas y el jardín son

más generosas y por lo tanto necesitan más estrato para desarrollarse así

como agua, este es un peso adicional en donde se requieren consideraciones estructurales.

Si el propósito del techo verde es agradar la vista, aspectos ambientales o

metas regulatorias como se indicó antes, será un techo verde. El cual

necesita poco estrato las plantas y vegetación serán rastreras, matorrales pequeños, céspedes especiales, etc. En este tipo el refuerzo estructural no

se considera por lo tanto en adaptaciones a edificios en uso o ya

construidos es el tipo que más se utiliza de azotea o techo verde.

Pág

ina6

3

4.4.2 Acceso y egreso.

Cubiertas ajardinadas. ¿Cómo accederán los visitantes a la cubierta ajardinada?

Las puertas exteriores que permiten el acceso a la azotea o cubierta ya sea por una sección adyacente al edificio o a través de un ático son necesarias.

Las cuales deben contemplar las mismas reglas de seguridad y

consideraciones que cualquier puerta para acceso del edificio así como estar integradas a las políticas de seguridad de la propiedad.

El acceso a la azotea puede significar facilitar el acceso a ciertas secciones

del edificio por lo cual se deben considerar posibles interrupciones en los trabajos de construcción.

A menudo las escaleras son los elementos por donde se puede dar acceso a

las azotas. La construcción de nuevos proyectos debe considerar a personas discapacitadas, los proyectos para techos verdes en edificios ya

construidos pueden estar exentos, según ADA (Act 1990 Americans with

Disabilities). Cumpliendo esta normatividad hay que cuidar las

restricciones para los umbrales, el sentido de las puertas, el ancho de puerta y los accesorios para las puertas así como si se requiere elevador

y/o rampas. Consultar el código local y reglamentación local o en su

defecto la normatividad ADA, pues estas restricciones pueden afectar el diseño del techo verde. (Luckett, 2009)

Fig.21 Acceso a una cubierta ajardinada.

Pág

ina6

4

Techo Verde. Aunque el techo verde no esté siendo diseñado para ser un lugar público donde se reúna la gente, el acceso al mismo debe ser abordado. El acceso

debe ser considerado tanto para construirse como para el mantenimiento

de rutina. Muchas azoteas están diseñadas de forma rutinaria con alguna forma de acceso, ya sea por medio de una trampilla de techo o una puerta

exterior.

En ausencia de una puerta exterior a través de una sección adyacente del

edificio o un ático situado en la azotea, una escotilla en el techo permite el acceso a la azotea desde un nivel debajo de la cubierta o azotea.

Fig. 22 Diseño de una escotilla o ventila para acceso a la azotea.

Escotillas para techo pueden ser diseñadas con facilidad en un nuevo proyecto constructivo así como pueden ser adheridas a un edificio

existente. Es típico, que las escotillas para azoteas sean instaladas con

escaleras permanentes, las cuales se pueden ocultar en algún dispositivo para almacenamiento, closets y en algún cuarto para mantenimiento.

Proyectos pequeños que no pueden acomodar el acceso interior a una

escotilla del techo, será necesario planificar el acceso al techo usando una escalera exterior, existen consideraciones para el diseño, la seguridad de la

escalera debe incluir anclajes para sujetar la parte superior de la escalera

o un terreno nivelado para establecer la base de la escalera. Lo que es

verdaderamente importante es notar la importancia del acceso desde el diseño ya sea una cubierta ajardinada o una azotea verde.

Pág

ina6

5

Fig. 23 Acceso a la azotea por ventila tipo domo.

4.4.3 Soporte estructural.

Cubierta ajardinada. Habiendo determinado que la cubierta ajardinada será un lugar donde las

personas se reunirán y que siempre tendrá acceso, se debe garantizar que

la estructura tiene la capacidad estructural para soportar la cubierta con

su actividad. Se debe consultar el reglamento de construcción local, es muy importante

conocer el requisito local para cargas vivas y muertas, comprender la

relación entre el techo verde y estas solicitaciones. El ensamble completo del techo verde, incluyendo las plantas y el agua

requerida para saturar el estrato para crecimiento son consideradas como

cargas muertas en la estructura. Agua en exceso o lo que sature el estrato para crecimiento como nieve más

las personas que visiten el techo verde serán considerados como cargas

vivas de la estructura. Uno debe la idea preliminar del tipo de plantas deseadas y por tanto el

espesor del estrato para crecimiento que las soportara.

Los datos del peso saturado deben estar disponibles por parte del

fabricante o proveedor así como de los componentes destinados al techo verde.

Las cubiertas ajardinadas típicas incorporan distintas profundidades del

estrato para crecimiento y jardineras para apoyar diferentes alternativas de plantas, esto requiere cálculos en el punto de apoyo para las distintas

áreas, conociendo esto se determinaran los requerimientos estructurales.

Evaluando los requerimientos de carga y actualizando la estructura para soportar el techo verde es más fácil y económico en la fase del diseño para

la construcción del edificio.

Pág

ina6

6

Evaluar la capacidad estructural y hacer las actualizaciones a una

estructura existente es significativamente más difícil y mucho más

costoso. Muchos planes para techos verdes mueren en esta etapa debido a la insuficiente capacidad estructural y al costo prohibitivo de las

actualizaciones o adaptaciones estructurales.

Mientras existen estrategias creativas en el empleo de sistemas para irrigación y así reducir el espesor del estrato para crecimiento, de esta

manera también reducimos cargas muertas.

Los requerimientos de cargas vivas pueden significar el abandono al acceso público del techo verde, optando por un diseño más simple, un

techo verde extensivo.

Fig. 24 Ejemplo de techo ó azotea verde.

Techo verde. Cuando el techo verde no va a ser un espacio público para reunión los

requerimientos estructurales para las cargas vivas son menos complicados. Una vez que se han determinado los requerimientos de las

solicitaciones del reglamento local, se debe calcular el peso del sistema

saturado en el techo verde, así determinar si se necesitan adecuaciones

estructurales.

Pág

ina6

7

Nuevamente, todo esto requiere alguna idea del tipo de plantas que se

intenta hacer crecer en el techo verde y en la profundidad del estrato para

crecimiento requerido para ello. Típicamente todo el techo verde tendrá una carga muerta uniforme basada

en el peso saturado aunque uno puede considerar jardineras o montículos

de estrato para crecimiento sobre soportes estructurales o apoyos así incorporar estratégicamente un estrato para crecimiento más profundo y

tener un escaparate más grande de plantas.

Fig.25 Composición esquemática del sistema techo verde.

La paleta o abanico de posibilidades en las plantas es mayor mientras la

profundidad del estrato para crecimiento incrementa. Así como el espesor del estrato para crecimiento incrementa también el peso, sin embargo hay

compensaciones donde el balance estructural - costo con la selección de

plantas a utilizar. Una vez que la carga muerta está determinada, una nueva estructura

puede ser diseñada para la capacidad requerida. Para una estructura

existente se debe empezar por determinar la capacidad estructural y

diseñar dentro de esos parámetros. Los sistemas para irrigación han sido satisfactoriamente usados para

reducir el estrato para crecimiento, estrato fértil y por lo tanto el peso del

sistema techo verde, para proyectos que hubieran requerido costosas actualizaciones estructurales.

Por ejemplo, el techo verde de la planta para camiones Ford en Rouge

Dearborn, prospera en menos de 3 pulgadas de estrato para crecimiento o estrato fértil y es sostenida durante los periodos de sequía por el uso

estratégico del riego suplementario.

Pág

ina6

8

Fig.26 Ejemplo de un techo verde ligero.

4.4.4 Seguridad vital. Cubierta ajardinada. Una vez que los visitantes arriben a la azotea verde, su seguridad debe estar garantizada. Esto puede requerir de barandillas perimetrales o vallas

para prevenir y resguardar a los visitantes de caídas desde la azotea.

Sin embargo se pueden incluir superficies antideslizantes para caminar, iluminación amplia, enchufes GFI protegidos, pasamanos de escaleras y

los limites bien definidos separando áreas accesibles de áreas que

contienen los equipos en la azotea. Áreas aseguradas para almacenar herramientas y químicos.

Horas designadas de operación deben ser consideradas para permitir el

mantenimiento de rutina que se lleva a cabo cuando los visitantes del jardín de la azotea no estén presentes.

Algunas consideraciones deben estar presentes en las actividades llevadas

a cabo en los edificios adyacentes, para garantizar la seguridad de nuestros visitantes de la caída de objetos desde las ventanas, andamios,

escaleras de incendios, balcones, etc.

Pág

ina6

9

Fig. 27 Cubierta ajardinada.

Fig.28 Cubierta ajardinada, seguridad.

Azotea verde. Aunque la cubierta verde no haya sido diseñada para acomodar visitantes,

existen algunas cuestiones /características que deben ser incorporadas al

diseño.

Pág

ina7

0

La protección para caídas es requerida para cualquier persona trabajando

dentro de los diez pies del borde del techo. Esto incluye cualquier persona

dedicada a la construcción inicial de la azotea verde, así como los que realizan el mantenimiento de rutina.

En Estados Unidos (Occupational Safety and Health Administration OSHA)

requiere puntos de anclaje capaces de soportar 5000 libras por trabajador anclado en ese punto.

Fig.29 Seguridad personal.

Por ejemplo un cable corriendo entre dos puntos de anclaje al cual estén

unidos tres trabajadores es requisito que sea capaz de soportar 15,000 libras cada punto de anclaje.

Azoteas con parapetos de al menos 40 pulgadas (101.6 cm) de alto no

requerirán medidas adicionales para la protección a la caída adicionales. Pequeños proyectos que requieran una escalera para acceso necesitaran

un punto para anclaje y asegurar la escalera.

Al igual que con la protección contra caídas, es más rentable más fácil y eficaz integrar el punto de anclaje para una escalera en el diseño.

Pág

ina7

1

Fig.30 Seguridad personal cumpliendo con el reglamento.

¿Dónde será construida la azotea verde?

A este punto, el alcance general del proyecto ha sido determinado y

algunas cuestiones de peso y acceso que afectaran el diseño final han sido

consideradas. Sin embargo se ha enfocado a la cubierta o azotea;

siguiendo, se ampliara para incluir el área alrededor del edificio. Esta sección revisara la localidad del proyecto y la importancia de los elementos

que impactaran al techo verde.

En esta importante fase del diseño, se debe considerar las condiciones que darán forma a la selección de una paleta y su gama plantas.

Aquí la idea del color, la textura del espacio en la azotea deben

concretarse. La orientación del área en la azotea será considerada principalmente.

Pág

ina7

2

Fig.31 Cubierta ajardinada con estratos para cultivo gruesos.

Fig. 32 Cubierta ajardinada el peso del estrato es considerable.

4.4.5 Elevación de materiales y elementos. Izar la altura en la sección del edificio nos dicta varios aspectos sobre el

diseño del techo verde. Se ha dicho que una buena construcción de techo verde es todo en el manejo de materiales. El volumen y el peso sobre todo.

En especial el estrato para crecimiento, hace que su peso sea todo un

desafío. Entre más alto sea el edificio más costoso será el hacer llegar el material a la azotea. Las siguientes categorías simplifican la consideración

en altura para el alojamiento de material.

Pág

ina7

3

Tejados o azoteas debajo de 20 pies, azoteas entre 20 y 120 pies y azoteas

más altos que 120 pies.

Fig.33 Altura en donde no se ocupara una grúa.

Para los tejados o azoteas debajo de 20 pies los materiales pueden ser

almacenados usando montacargas y equipos con extensión para una carga

en un techo común. Este equipo es típicamente arrendado y operado por personal de la obra,

proporcionando flexibilidad en la programación de las entregas de

materiales.

Techos, azoteas o tejados entre 20 y 120 pies, requieren típicamente del uso de una grúa para izar el material hasta su lugar a utilizar.

La realización de operaciones a esta altura requiere una gran habilidad y

coordinación. Al usar una grúa para izar el material requiere experiencia en el manejo de

pesos y cargas izados, el uso de señales con la mano y un equipo de radio

para comunicarse con la grúa, comprensión de la capacidad del punto de carga en la cubierta del techo y medidas para seguridad según

reglamentos y regulaciones para actividades en azoteas y varios

procedimientos para izado.

Pág

ina7

4

Fig.34 Grúa manual para elevar componentes ligeros.

Las operaciones para izado de materiales típicamente son llevadas a cabo

por seis o más operadores bien pagados por tanto capacitados, por tanto la coordinación en los tiempos para entrega de materiales y la disponibilidad

de la grúa es crítica para evitar pagos innecesarios al estar esperando

materiales o el equipo para izar los materiales. Proyectos que exceden los 120 pies de altura a menudo se abastecieron

usando una torre con grúa o un elevador.

El acceso a la torre de la grúa se regula a través de la programación estricta de intervalos de tiempo, el plan de elevación a menudo incluye

ensayos para eliminar todos los pasos innecesarios y agilizar el proceso. Se

deben asignar intervalos de tiempo a cada grupo de trabajo en el proyecto. La grúa debe estar disponible para el siguiente grupo programado o bien

cada grupo comercial o de trabajo posterior se retrasara.

Si bien no es vigilada tan rígidamente esta operación, ascensores para

construcción y montacargas en proyectos de modernización tienen limitaciones de programación similares.

Algunas consideraciones deben tomarse al mover materiales a través del

edificio usando elevador de la manera menos perjudicial posible. Esto puede requerir guardar materiales los fines de semana o después añadir el

costo al proyecto del techo verde.

Alternativamente, algunos proyectos usan grandes ventiladores para el transporte de medios para cultivo y material vegetal a la azotea a través de

una manguera. Este método permite al medio para cultivo se rápidamente

Pág

ina7

5

distribuido en grandes áreas. Entre más elevación el proceso es más difícil

y la añade costo, proporcional al incremento de la altura.

Fig.35 Cuando no se tiene capacidad estructural esta puede ser una opción viable,

estratos poco profundos.

4.4.6 Viento. El viento es a menudo mejor a altas elevaciones.

Hay que considerar a los vientos que soplan a través de la azotea esto

afectará a la selección y colocación plantas. Plantas altas y verticales capturan el viento por esto, pueden necesitar ser

colocadas lejos de la orilla o límite de la azotea donde los vientos son más

fuertes. Anclaje suplementario puede ser necesario para permitir que estas plantas

más altas la oportunidad de establecer raíces capaces de soportar cargas

de viento. El perímetro o la orilla del techo son afectados por un fenómeno

conocido como; vórtice del viento, donde el viento viajar a través de la pared del edificio y crea en la superficie del techo una presión negativa

mientras se arremolina en el límite de la cubierta o techo.

Puede ser necesario incorporar zonas sin plantar en estas áreas. A menudo se usan adoquines de concreto para añadir peso adicional y

contrarrestar a las fuerzas del viento que levantan en toda la orilla o

perímetro del techo.

Pág

ina7

6

Fig.36 Se dejan áreas sin plantar por efectos del viento.

Aunque en las regiones del interior en el techo verde, los vientos fuertes

pueden causar estragos. Buenas raíces y plantas bien establecidas ayudarán a sostener al estrato para cultivo y prevenir su escurrimiento.

El uso de mantas para viento puede ser necesario para proveer protección

contra el escurrimiento del estrato, hasta que las plantas puedan ser establecidas. Las mantas para viento son de geo textil y cubren el techo

verde son un blindaje en la superficie del estrato para cultivo contra el

viento.

La manta para viento está anclada en su lugar de tal manera que las plantas se propagan a través de pequeñas aberturas que anteriormente

fueron cortadas en esta manta.

La manta para viento está diseñada en material orgánico que se descompone gradualmente a la par que maduran las plantas y cubren la

superficie del techo y/o azotea; esto tiene un beneficio adicional pues

provee de nutrientes al estrato para cultivo o crecimiento. Altas cargas por vientos requieren frecuentes inspecciones en el orden de

corregir pequeños problemas antes de que sean grandes problemas.

Pág

ina7

7

Fig.37 Cubiertas en donde edificios adyacentes inciden en la cubierta ajardinada,

proyectando sombras o reflectando al sol.

4.4.7 Estructuras adyacentes y microclimas resultantes. Sombreado. Estructuras más altas en proximidad al techo verde pueden

causar sombras en él. Dependiendo de la orientación, las sombras caen

sobre la superficie del techo en diferentes tiempos del día así como del año.

Se debe tener cuidado en hacer coincidir la luz del sol requerida con las especies de plantas seleccionadas para el techo verde así como la luz del

sol disponible en la azotea.

Sombreados parciales presentan un desafío para el crecimiento de las plantas pero puede ser usado como una ventaja. Las plantas que son

menos tolerantes al calor pueden estar posicionadas para tomar la ventaja

de la luz del sol en la mañana mientras que al mediodía las sombras les proveen un alivio del calor.

Los techos verdes que presentan sombras constantes requieren una

selección cuidadosa de sus plantas y vegetales. Algunas especies de plantas pueden tener diferentes y distintas

apariencias mientras están totalmente sombreadas que cuando están

expuestas a la luz del sol directamente.

Algunas especies no tolerarán las sombras de invierno en los climas al Norte. Lo mejor para embarcarse en el proyecto de un techo verde con

sombras es tener expectativas realistas con respecto a la prueba y error

para sí desarrollar un esquema de planta el cual prosperara en el techo o azotea elegido.

Pág

ina7

8

4.4.8 Reflexión. Paredes verticales adyacentes construidas en vidrio o en algún revestimiento metálico reflejante, reflejan y amplifican la intensidad de la

luz del sol. Los rayos del sol rebotando en estas superficies pueden secar

rápidamente al estrato de crecimiento o estrato para cultivo. Estas áreas requieren especies de plantas que soporten la sequía y el

calor, también pueden requerir una irrigación más frecuente.

Al incrementar el espesor del estrato para cultivo ayudará a amortiguar la

ganancia de calor y retener más agua y así ayudar a que las plantas estén hidratadas.

El calor radiante en estas áreas puede también extender el período de

crecimiento de las plantas sobre todo en climas del norte por el calentamiento de la superficie del techo.

Fig.38 Mantenimiento, el muro cortina genera efectos a las plantas.

Acceso. Secciones adyacentes de edificios pueden tanto mejorar o inhibir el acceso hacia la azotea en donde el techo verde será construido.

Pasos para puertas y ventanas a través de la sección del edificio adyacente

proveen un acceso fácil hacia la azotea. Sin embargo, las secciones adyacentes de un edificio pueden prohibir grúa

y montacargas hacia nuestra azotea por lo tanto no se podrá requerir

material para ser transportado a través del edificio o por encima de techos adyacentes. Esto dará como resultado un doble manejo del material y se

incrementarán los costos de una manera significativa.

Sistemas modulares para techos verdes son atractivos en particular para estas situaciones, del estrato para cultivo y las plantas estarán contenidas

en estos módulos individuales.

Pág

ina7

9

4.4.9 Exposición. Las secciones adyacentes de edificios más altos pueden reducir el viento dramáticamente esto ocasiona la exposición de nuestro techo verde a un

clima extremo.

Techos verdes orientados a sotavento de los patrones del clima que prevalece experimentarán menos lluvia y nieve impulsada por el viento.

Sin embargo, la orientación contra el viento se traducirá en mayores

desviaciones de nieve contra la estructura más alta y una mejor

acumulación de agua a través de la base del muro adyacente. Secciones de edificios adyacentes o contiguos más altos pueden proveer

visibilidad a la azotea verde desde el interior del edificio.

Las estrategias de siembra para estos techos verdes pueden incluir especies de hoja perenne que proporcionan vibrante follaje durante los

meses de invierno.

Utilizar flores anuales puede añadir color de primavera y verano. Los techos verdes que son visibles desde el interior del edificio se vuelven una

amenidad que permite la interacción de los ocupantes añadiéndole valor a

la propiedad.

Cosecha de agua pluvial. Edificios más altos adyacentes o contiguos nos permiten una oportunidad única la de capturar agua de lluvia, desde elevaciones más altas se podrá

usar esta agua para irrigar el techo verde.

Canalones y bajantes colocados de manera estratégica pueden abastecer a barriles y cisternas para guardar el agua de lluvia, mientras que el sistema

de agua de tormenta desvía la escorrentía de aguas pluviales en un

sistema sobrecargado. La capacidad de la cisterna o barriles con agua de lluvia, combinados con

la capacidad de retención del estrato para cultivo, juega un importante rol

en el proyecto General para la administración del plan agua de lluvia.

Es necesario considerar que el punto de carga de este almacenaje para la estrategia agua de lluvia ya sea barriles o cisternas, existe una seguridad

estructural y capacidad para soportar el peso de dichos sistemas para

almacenaje. Una investigación en curso está estudiando si la colección de agua de

condensación en la azotea puede ser utilizada en equipos de aire

acondicionado, así se puede ampliar la estrategia de captación más allá de sólo precipitaciones.

Debido al riego suplementario se amplía dramáticamente las opciones de

plantas a seleccionar así como permite una reducción en el espesor del estrato para cultivo y así satisfacer las limitaciones estructurales, los

sistemas para captación de agua pluvial se están convirtiendo en un

componente integral en el diseño de techos o azoteas verdes.

Pág

ina8

0

4.4.10 Equipos en azoteas. Equipos para calentar los espacios, aire acondicionado y ventilación que están colocados en la azotea pueden impactar el diseño del techo verde y

viceversa. Descargas por los escapes o ventilas de radiadores o

ventiladores pueden expulsar humos que son dañinos a las plantas de los techos verdes.

Por ejemplo, los extractores de cocinas a menudo requieren trampas para

grasa, estas presentan goteos de grasa los cuales son dañinos para las

plantas y las membranas del techo verde. Las trampas para grasa requieren típicamente un mantenimiento de rutina

así que es importante proveer un acceso más amplio a este equipo así

como al equipo HVAC (aire acondicionado y ventilación por sus siglas en inglés).

Mientras que las ventilas del edificio pueden ayudar a calentar un área del

techo verde durante climas fríos, también ayudan a extender el periodo de crecimiento de las plantas cercanas a la ventila, las plantas del techo verde

pueden reducir significativamente la temperatura del aire en el ambiente

cercana al azotea en los meses de verano. Esto puede resultar un aire mucho más fresco que el de dejarnos llevar

por las tomas para aire de los sistemas de ventilación en el edificio,

también permite que el sistema de refrigeración sea más eficiente y tal vez

incluso se permita cierta reducción en el tamaño de los equipos.

Equipo solar. Equipos solares y fotovoltaicos son a menudo colocados en las azoteas

como parte de un diseño sustentable y de una estrategia de construcción.

Este equipo puede requerir penetraciones adicionales en el techo las cuales deben ser selladas en el mismo, deben ser selladas a prueba de

agua. El establecimiento de plantas atrás de estas áreas permitirá a la

inspección de rutina estar alerta para las reparaciones requeridas así

como el mantenimiento y ambos sean conducidos fácilmente.

Pág

ina8

1

Fig.39 Ejemplo de un techo verde alrededor de paneles fotovoltaicos.

Los paneles a menudo proyectan sombras en la azotea esto debe tenerse

en cuenta para la selección de plantas en esta área.

Estudios han demostrado que los techos verdes tienen la habilidad de reducir las temperaturas del aire en el ambiente cercanas a la superficie

del techo esto mejora de eficiencia de la operación fotovoltaica.

Fig.40 Dos ecotecnias conviviendo en la azotea.

Pág

ina8

2

4.4.11 Regional. El clima regional ampliamente nos dicta las especies de plantas particulares que se pueden elegir para el techo verde; las dos influencias

primarias son la temperatura y la precipitación. La industria de la

horticultura utiliza categorías por la resistencia de la zona para etiquetar las regiones en las que las plantas son adecuadas.

En los estados unidos las zonas más duras o fuertes están clasificadas

basándose en las más bajas temperaturas históricas de invierno.

La banda más al sur que es el estado de Florida tiene el promedio más caliente de las temperaturas en el invierno, mientras que en la banda más

al norte en el estado de Minnesota, tiene el promedio de las temperaturas

más frías en el invierno. Sin entrar en el debate de calentamiento global, es notable que las zonas

extremas se han movido hacia arriba un ancho de banda en los años

recientes debido a inviernos más cálidos.

Fig.41 Efectos por viento y reflexión nos hacen optar por especies regionales para el

techo verde o cubierta ajardinada.

Los veranos, sin embargo, se han vuelto más calientes en años recientes.

Algunos en la industria de la horticultura han empezado a desarrollar zonas extremas en verano para identificar las tolerancias en cuanto al

calor y sequía en las especies de plantas.

Las discusiones acerca de la tolerancia al calor casi siempre están acompañadas de la tolerancia a la sequía.

Altos calores exacerbaran el efecto de la sequía en las plantas de los techos

verdes, así como las plantas pueden sobrevivir más tiempo sin el agua de

lluvia en temperaturas más bajas o climas fríos. Cuando se esté considerando el tipo de planta a seleccionar se debe poner

atención al desarrollo o desenvolvimiento de la planta tanto en invierno

como en verano así también los requerimientos de hidratación en cada especie y temporada.

Pág

ina8

3

Fig.42 Diseño para una cubierta ajardinada.

4.4.12 Calidad del aire. El término calidad del aire evoca ya sea visiones de rendimiento en invierno y verano y los requerimientos de hidratación de cada especie.

Calidad del aire. El término calidad del aire conjura tanto las visiones de

un aire puro y cielo azul cobalto o una nube de smog tan gruesa que uno podría cortar la con un cuchillo. Sin embargo, muchas veces los factores

en la calidad del aire que afectan a las plantas de los techos verdes, están

en algún lugar de estos extremos.

La lluvia ácida causada por las chimeneas industriales vecinas raras veces es visible mientras las trazas de contaminantes se encuentren en el agua

de escorrentía y en el tejido de la planta.

Nitratos en un aire contaminado con un agua de lluvia pueden proveer suficiente nitrógeno para una nutrición adecuada.

Una investigación en camino está siendo desarrollada para identificar a las

plantas que tienen el potencial para componer a la atmósfera de contaminantes y de incrementar la depuración natural del aire, una

característica para las plantas de los techos verdes.

Para la mayoría de los techos verdes, uno sólo tiene que estar preparado para identificar las plantas que entren en crisis a partir de los efectos de

los contaminantes locales e incluir un reemplazo de plantas en el régimen

de mantenimiento.

Pág

ina8

4

4.4.13 Regulaciones e incentivos. Mientras que muchos proyectos les es requisito pasar por permisos y procesos de inspección, los techos verdes son tan nuevos en los Estados

Unidos que los funcionarios encargados de hacer cumplir el código carecen

de las normas para regular los métodos de construcción. Varias agencias están desarrollando estándares actualmente: American

Standards and Testing Methods (ASTM), National Roofing Contractors

Association (NRCA), Single-Ply Roofing Industry (SPRI), y la Factory Mutual

están trabajando en la construcción de estándares y métodos para pruebas en los componentes de los techos verdes.

El desarrollo de estándares es una orden grande y dramática porque la

construcción de techos verdes es variada de sistema en sistema de proyectos en proyecto.

La industria ha identificado los componentes básicos para la construcción

de los techos verdes, pero él levantamiento a causa del viento y la resistencia al fuego sigue siendo algo de un enigma.

Las empresas como “Single-Play Roofing Industry” y la “Green Roofs for

Healthy Cities”, están conjuntamente patrocinando el desarrollo y la perspectiva de sus estándares, detallando los métodos para la

construcción de techos verdes en donde se aborda el levantamiento a

causa del viento y las preocupaciones por exposición al fuego.

Una vez completadas, las reglamentaciones RP-14 2007 estándar para diseño por viento, y la VF-1 2007 estándar para diseño por fuego serán

presentadas por el consejo internacional de códigos donde su aprobación

deberá estar incluida en la publicación del 2009 en el Código Internacional de Construcción.

Algunas ciudades y municipios se están convirtiendo en líderes en la

conciencia acerca de los techos verdes, nacimiento e incentivos. Washington D. C. está aceptando a los techos verdes como parte del

desarrollo del plan que administre el agua de tormentas en vez de los

sistemas de almacenaje que típicamente fueron diseñados en los proyectos de construcción.

Pág

ina8

5

Fig.43 Techos verdes ligeros.

Para muchos desarrolladores, los techos verdes en su relación costo

beneficio son una alternativa para cumplir con el reglamento y gestión que

son tan estrictos para el agua de tormenta.

En Portland,OR, existe un bono para densidad que premia con un espacio de techo adicional para proyectos que añadan un techo verde al espacio.

Desarrolladores en Chicago, tienen el mandato o consignación de incluir

un espacio para techo verde en sus proyectos; cuando está a consignación crece en el área requerida para el techo verde proporcionalmente también

la financiación gubernamental para el proyecto.

Cada vez más, las comunidades están recibiendo apoyos para tener superficies impermeables y tener el tratamiento de aguas pluviales, este

financiamiento es en base a la cantidad de pavimento duro y azotea

presentes en cada propiedad. La industria de los techos verdes está activamente cabildeando a estas

agencias para permitir deducciones por espacio verde en el techo.

Desafortunadamente, las estructuras para financiamiento actualmente no

cubren el costo de un techo verde. En contraste, las comunidades europeas están empezando a separar el costo por el tratamiento de agua

pluvial del costo por el tratamiento de aguas residuales sanitarias así los

dueños de propiedades están siendo evaluados por la cantidad de superficie contributiva de aguas pluviales.

Esta acción es muy equitativa, pues en la evaluación de las tasas de

tratamiento hay una reducción en los gastos de aguas sanitarias residuales para casi toda la población, el costo actual para el tratamiento

de aguas pluviales se le pasa a los dueños de propiedades responsables de

la escorrentía, y proporciona incentivos para las estrategias en la

Pág

ina8

6

reducción de aguas pluviales un lo son los techos verdes y los pavimentos

permeables.

Fig.44 Un estrato ligero es una buena opción.

Pág

ina8

7

4.5 Calentadores Solares

Fig.45 Calentador Solar con Termotanque.

Descripción; consisten en paneles de metal con tuberías integradas por las

que circula agua que calienta el sol, se almacena en un termo tanque para su posterior distribución.

Rendimiento; Un metro cuadrado de colector solar calienta 60 lt de agua a

una temperatura de 40°C a 60°C y 123 lt de 35°C a 45°C, en 2011. Un metro cuadrado de colector solar produce 3500 Watts por dia.

Para calentar una alberca se necesita una superficie de colector del 50%

de la superficie de la alberca aproximadamente. Ventajas.

No consumen combustibles.

No producen ruidos.

No contaminan.

Pág

ina8

8

Reducen el consumo de gas desde un 30 a 80%

No requieren mucho mantenimiento.

Desventajas. El smog y las nubes reducen su rendimiento.

En la ciudad de México es necesario de cualquier manera el calentador a

gas. En la ciudad de Querétaro las nubes hacen que el uso del calentador a gas

sea indispensable para el suministro de agua caliente pero como primario

siempre se instalara el solar y esto depende del consumo de agua caliente en la vivienda residencial.

Observaciones.

En Baja California no se necesita en absoluto el calentador a gas se usa el

calentador solar en un 100%. Los calentadores solares no siempre necesitan cubierta de vidrio como en

Cuernavaca Morelos.

Si los paneles se colocaran a un nivel más bajo que el lugar en donde se utiliza el agua caliente el sistema no necesita bomba ya que funcionan por

el sistema de termo sifón.

En lugares donde la temperatura baje a 0°C es necesario tomar medidas contra el congelamiento del agua ya que esto puede averiar el sistema.

(Vélez, 2007)

4.5.1 INTRODUCCION.

Los principios físicos involucrados en el calentamiento de agua usando la

energía del Sol no son muy complicados, solo se requiere conocer su

funcionamiento. Los principales retos son: diseñar, instalar y usar

adecuadamente el equipo solar para que el consumidor pueda contar con

un sistema confiable que le permita economizar combustible convencional

y de eta manera contribuir a la reducción de emisiones de contaminantes,

por la disminución del consumo de hidrocarburos como el gas licuado o

natural, que son recursos energéticos no renovables.

En escasas ocasiones el equipo solar podrá cubrir el 100% de la demanda

de agua caliente para satisfacer las necesidades domésticas, comerciales e

industriales, teniendo en consideración las variaciones climáticas y los

índices de radiación solar durante todo el año. En general se puede

esperar que el SCSA (Sistema de Calentamiento Solar de Agua) pueda

proveer de 60 a 80% del abasto de agua caliente, debiéndose

complementar con un sistema auxiliar de calentamiento. Las aplicaciones

de estos sistemas para uso doméstico pueden ser muy variadas, por

ejemplo: el calentamiento de agua para uso sanitario (duchas y

lavamanos), para el lavado de utensilios de cocina y ropa p para

Pág

ina8

9

aplicaciones de tipo deportivo terapéutico (piscinas y sistemas térmicos de

hidroterapia), y en algunas ocasiones, para la calefacción de habitaciones

a través de sistemas termohidrónicos (circulación de agua caliente a través

de equipos que radian calor, conocidos como radiadores).

Para cada una de estas aplicaciones, los requerimientos de temperatura y

volúmenes de agua son diferentes y se requiere en cada caso un diseño

específico.

4.5.2 EL SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR

El sistema de calentamiento solar de agua está formado básicamente por

cuatro elementos:

Un dispositivo que convierte la radiación solar en calor (termo

conversor solar) conocido como captador solar.

Un recipiente diseñado para el almacenamiento del agua caliente

llamado termotanque.

Un sistema para la circulación y distribución de la misma.

Un sistema de control para asegurar el buen funcionamiento.

Las aplicaciones más importantes de este sistema son: el calentamiento

entre 27 y 30º C (temperatura recomendada para el calentamiento de agua

de piscinas), y entre 30 y 60º C (temperatura sugerida para los servicios de

calentamiento general).

El principal exponente del sistema es el captador solar, el cual puede tener

muy diversas formas y estar constituido de muy diferentes materiales. El más conocido es del tipo de placa plana llamado captador solar plano.

4.5.3 ANATOMIA DE UN CAPTADOR SOLAR PLANO

En el comercio, el captador solar más conocido es el que contiene dos

tubos distribuidores, uno para el agua fría de entrada y otro para el agua caliente de salida, unidos estos por tubos perpendiculares provistos de

aletas, las cuales aumentan la superficie expuesta al Sol, y en cuyo

interior circula el agua para su calentamiento. (Figueroa, 2013)

Pág

ina9

0

Fig.46 Circulación de agua en un sistema solar para calentar agua.

En terminos generales, el captador solar plano consise en un elemento que

actúa como absorbedor, que puede ser metálico (fierro, cobre, aluminio,

etc.) o de plástico negro ( polietileno, polipropileno, etc.), generalmente de

forma rectangular y recubierto con un material que permite una maxima absorcion de la radiación solar, el cual puede ser una pintura negra poco

reflejante o algun tipo de recubrimiento especial. Una de las propiedades

de la mayoría de las pinturas negras es tener alta absorción de radiación solar, per al mismo tiempo alta emisión de radiación infraroja, esto quiere

decir que pierden mucha energía térmica (calor) cuando no están

expuestas al Sol. Para evitar lo anterior, se fabrican recubrimientos que tienen alta absorción de radiación solar (absortividad) y baja emisión de

calor (emisividad). A estas superficies se les llama selectivas, siendo las

más comerciales los recubrimientos de óxidos metálicos, como el óxido de cobre y el óxido de cromo, así como compuestos de titanio los cuales

contribuyen por un lado a aumentar la cantidad de calor que llega al

absorbedor y por otro a disminuir la cantidad de calor que pierde,

haciéndolo más eficiente. La cantidad de calor absorbida por el agua dependerá de la velocidad con que se haga pasar ésta al interior de los

tubos, del diseño y de las pérdidas de calor del captador solar plano.

Existe un tipo de captador solar en donde el agua no circula, es decir, permanece estacionaria. A esta clase de termoconversor se le conoce con el

nombre de captador de sol autocontenido o unidad integral de

captador y tanque de almacenamiento o termotanque. Su estructura es

Pág

ina9

1

similar a la de un captador plano, en donde se calienta un volumen

determinado de agua por día y el mismo colector funciona como tanque de

almacenamiento de agua caliente. Por lo general, el captador solar autocontenido es un recipiente rectangular o cilíndrico, o un arreglo de

varios tubos que contienen en su interior el agua por calentar. Las

principales ventajas de un captador solar autocontenido son que no usa bomba o control electrónico que requieran consumo de electricidad o de

mantenimiento, además no necesita protección anticongelante debido al

gran volumen de agua caliente almacenada, que evita su propia congelación. Sus principales desventajas son que el agua almacenada en el

tanque o tubos pierde calor durante la noche. Se recomienda su uso

cuando el consumo de agua caliente se realice durante la tarde y en las

primeras horas de la noche, y con menor frecuencia al día siguiente por la mañana.

Fig.47 Componentes de un calentador solar.

En general, cuando la velocidad del aire es importante, es aconsejable colocar una o dos cubiertas transparentes para disminuir las pérdidas de

calor debidas a la convección del viento sobre el absorbedor solar.

De preferencia, estas cubiertas además de ser transparentes a la radiación del Sol, deben reducir las pérdidas de calor emitidas por el absorbedor. A

este fenómeno se le conoce como efecto invernadero, y sólo se presenta

cuando se usa vidrio y algunos plásticos como el acrílico, que tienen la propiedad de dejar entrar la mayor cantidad de radiación solar y al mismo

tiempo de evitar la salida de calor emitido por el mismo absorbedor.

Cuando se presentan bajas velocidades de aire y se tienen aplicaciones de baja temperatura ( 27 a 30º C), como en un calentamiento de agua para

piscinas, se puede prescindir del uso de las cubiertas transparentes y de

los aislamientos térmico. A estos dispositivos se les conoce como

captadores sin cubiertas o captadores descubiertos. (Figueroa, 2013)

Pág

ina9

2

Fig.48 Tubos colectores de cristal.

Normalmente el captador solar plano se encuentra protegido con una caja

metálica o plástica que lo resguarda del ambiente y le da rigidez. Al interior

de la caja en la parte de abajo, y en algunos casos las caras laterales, se encuentra el aislamiento térmico, el cual puede consistir en alguna fibra

natural o sintética (algodón, lana mineral, fibra de vidrio, etc.) o espumas

plásticas (poliuretano, elastómero, etc.) Estas últimas deberán estar protegidas de la radiación solar directa, ya que la radiación ultravioleta las

degrada. La densidad y el espesor del aislamiento térmico dependen del

nivel de temperatura de operación del captador.

En el caso de uso de las cubiertas transparentes, éstas deberán estar sujetas a la caja y selladas con algún material flexible. Resistente a la

intemperie y que además amortigüe la diferencia en la dilatación térmica

entre la cubierta y el material de la caja. Con el objeto de evitar deformaciones o inclusive la ruptura de las cubiertas debido al

calentamiento del captador solar.

La presencia del agua al interior de la caja puede producir niebla y

disminuir su capacidad de calentamiento, lo cual limita el buen

funcionamiento de los aislamientos térmicos, sobre todo en caso de fibras, ya que al humedecerse pierden su capacidad de resistencia al paso del

calor. Para evitar lo anterior, además de contar con un buen sello, algunos

captadores contienen en su interior un material desecante, el cual absorbe

la humedad (gel de sílice, carbón activado, zeolitas, etc.). Este tipo de material tiene que regenerarse (extracción de la humedad absorbida) por

medio de calentamiento o sustituirse. (Figueroa, 2013)

Pág

ina9

3

Fig.49 Componentes del colector, este en particular con tubos de cobre.

4.5.4 CAPTADORES SOLARES EVACUADOS La mayoría de los sistemas comerciales de calentamiento solar de agua

están basados en el uso de captadores solares de placa plana. De acuerdo

con los materiales que los componen y la forma en que son construidos, se presenta un número importante de pérdidas de calor, mismas que influyen

de manera negativa en el rendimiento térmico, es decir, disminuye la

capacidad de producción de calor por unidad de superficie, sobre todo

cuando el sistema trabaja a temperaturas mayores a 40º C. Uno de los factores que más influye en la pérdida de calor es el efecto

convectivo a causa del movimiento del aire, tanto e contenido en el interior

del captador solar, principalmente en la cubierta transparente y en la superficie del absorbedor, como el que incide sobre la superficie exterior de

la cubierta. Se han propuesto diferentes técnicas para disminuir este

efecto, entre ellas la de extraer lo más posible la cantidad de aire que rodea al absorbedor solar. (Figueroa, 2013)

Ésta consiste en bloquear este espacio con materiales transparentes, como es el caso de captadores solares con celdas anticonvectivas

transparentes, los cuales se denominan captadores solares del tipo

panal, debido a que originalmente las barreras transparentes tenían la

forma de hexágonos que simulaban la estructura de un panal de abejas, sin embargo, las celdas anticonvectivas pueden tener diferentes formas:

hexagonal, tubular y rectangular.

Pág

ina9

4

Fig.50 Descripción de los componentes del colector.

Otra técnica para disminuir las pérdidas convectivas consiste en evacuar

el aire que rodea al absorbedor, a estos captadores se les conoce con el nombre de captadores solares evacuados. Debido a la dificultad de

mantener bajas presiones en una estructura rectangular como la de los

tradicionales captadores solares planos, se han propuesto estructuras

tubulares en donde es más eficiente y sencillo evacuar el aire, por lo que a éstos captadores se les conoce genéricamente como captadores solares

evacuados o tubos evacuados.

Mientras que en los captadores planos la incidencia de la radiación solar es perpendicular sobre la placa absorbedora sólo al mediodía (tiempo

solar), en los captadores evacuados, por su configuración circular, la

radiación incidente es perpendicular a lo largo de todo el día. Es común colocar en estos últimos, reflectores de la radiación solar, por lo general

concentradores parabólicos compuestos (CPC por sus siglas en inglés), en

la parte posterior para lograr captación adicional de la energía solar. El captador solar evacuado más conocido consiste en un tubo de vidrio

(borosilicato), en cuyo interior se coloca un absorbedor solar de placa

plana unido a un tubo en donde circula el agua para calentar y que cuenta

además con un recubrimiento selectivo. Se extrae el aire al interior hasta una presión muy reducida, con el propósito de disminuir el efecto

convectivo del aire.

Con el objeto de verificar si el captador está funcionando correctamente, durante su fabricación se deposita en un extremo una capa de bario de

alta pureza que sirve como absorbedor de gases y vapor de agua que

Pág

ina9

5

permite mantener el vacío durante varios años. La capa de bario es un

indicador de la baja presión.

Cuando dicha capa pierde su color plata y se torna blanca, es señal de que el vacío se ha perdido y se debe reponer el tubo evacuado. Otra forma de

detectar la perdida de vacío consiste simplemente en tocar la superficie del

vidrio, este debe estar a una temperatura muy cercana a la ambiental.

4.5.5 Anatomía de un captador solar evacuado Los captadores solares evacuados son dispositivos tubulares de los cuales se extrae el aire contenido en el espacio anular formado entre dos tubos

concéntricos. Existen comercialmente dos tipos de colector solar evacuado,

en función de los materiales que lo constituyen: los del tipo vidrio – vidrio y los del tipo vidrio –metal, también conocido como tubo Sidney, su

funcionamiento está basado en el principio de los recipientes termos, que

se utilizan para mantener, en el mayor tiempo posible, la temperatura de algunos productos, principalmente líquidos.

Fig.51 Tubo al vacio vidrio – vidrio.

En los de tipo vidrio – vidrio, el colector solar evacuado consiste en dos tubos concéntricos de vidrio, por lo general de borosilicato. Los tubos

están unidos entre sí u durante su fabricación, a la sección anular que los

separa se le extrae la mayor parte del aire, hasta alcanzar una muy baja presión, lo cal actúa como aislante térmico. En la superficie exterior del

tubo interior se deposita una superficie selectiva y el agua circula y se

calienta dentro de este tubo.

Pág

ina9

6

Fig.52 Tubos para el captador vidrio-metal.

El los captadores tipo vidrio – metal hay gran diversidad de diseños, entre

los más comunes se encuentra el que consta de dos tubos concéntricos, en el interior del absorbedor se coloca una lámina conductora de calor, en

este caso el aluminio o cobre, cuya forma de “ U “ , en cuyo interior circula

el agua. El recubrimiento selectivo por lo general consiste en nitruro de aluminio que se deposita en el vidrio mediante la técnica de chisporroteo

(sputtering, en Inglés).

Fig.53 Tubos concéntricos, vidrio-metal (cobre).

La principal ventaja del captador evacuado es que el vacío reduce las

pérdidas de calor e incrementar el rendimiento térmico del colector, en

consecuencia se requiere menor área de captación solar que funciona a temperaturas más elevadas (60 a 100°C), con mayor eficiencia que los

captadores Solares planos convencionales.

Pág

ina9

7

Adicionalmente son menos sensibles a las pérdidas de calor debidas a la

acción del viento y no es necesario protegerlos de las bajas temperaturas

ambientales que se registran durante el invierno, ya que al estar evacuados, las pérdidas de calor se reducen y no existe el riesgo de

congelamiento del agua como en el caso de los captadores planos.

Sus principales desventajas son: la fragilidad del vidrio, por lo cual su manejo debe de ser más cuidadoso especialmente durante su transporte e

instalación. Deben estar protegidos de la exposición solar antes de ser

llenados de agua para evitar un posible choque térmico y en consecuencia su ruptura. En muchos casos, su gama de presiones de operación está

limitada para operar a circulación natural (termosifón) con una altura

máxima del tinaco de 2 a 3 m ya que no pueden funcionar directamente

con la presión de la red o con la de un equipo hidroneumático. Existe otro tipo de captadores Solares evacuados en los cuales en el

interior se coloca un absorbedor que consta de un tubo de cobre con un

bulbo en un extremo, en cuyo interior a su vez se encuentra un material poroso en donde circula un fluido de bajo punto de ebullición por medio de

la tensión superficial o de la capitalidad. (Figueroa, 2013)

Al calentarse un extremo de este tubo el fluido se evapora y se conduce de manera natural hacia el extremo superior, el cual está en contacto con un

fluido, en este caso el agua por calentar, que es la causante de su

condensación, así éste regresa por gravedad hacia el otro extremo en donde fue calentado, ciclo de evaporación-con densacción que se repite

cada vez que inicia la energía solar necesaria para evaporar.

Tal tipo de captador solar se conoce con el nombre de caloriducto, tubos de calor o de heat pipe (por su nombre en inglés); está diseñado para

transferir el calor debido al cambio de fase (con densa acción C), el cual

varía poco con la temperatura, razón por la cual se tiene un sistema por

donde se transfiere calor a condiciones casi constantes. Sin embargo, debido a su costo, su uso no está muy generalizado.

Fig.54 Funcionamiento de los tubos colectores.

Pág

ina9

8

Este dispositivo funciona presiones de operación de hasta 6 kgf/cm² (588

KPa) que permita su aplicación en sistemas de circulación forzada (con

bomba) para instalaciones domésticas, comerciales e industriales. La figura muestra el funcionamiento de un captador solar evacuado con un

tubo de calor integrado.

Fig.55 Captador solar evacuado.

4.5.6 Como se interconectan los captadores. En el captador solar deberá indicarse la entrada de agua fría y la salida de

agua caliente. Normalmente el captador deberá tener dos entradas y dos

salidas para facilitar las conexiones en paralelo y en serie. Cuando se conecta a los captadoras en paralelo, funcionan de la misma

manera, es decir, la temperatura la salida será prácticamente la misma e

independiente del número de captadoras instalados. La figura 4.1 representa la forma de interconexión en paralelo.

Pág

ina9

9

Fig.56 Diferentes disposiciones para conectar los colectores.

Si la conexión se realiza en serie como la representada en la figura 4.2 la

salida de agua caliente del primer colector alimenta la entrada del segundo y así sucesivamente, de tal manera que a la salida de cada uno de ellos la

temperatura será cada vez mayor. Este tipo de interconexión permite

funcionar a una temperatura más alta, pero es menos eficiente debido a que las pérdidas de calor son mayores, lo que disminuye su eficiencia.

Además, cuando se tiene una interconexión en serie, es aconsejable

instalar un aereador en cada bajada de agua caliente con el objeto de eliminar el aire o vapor acumulado en las partes más altas de la tubería,

con objeto de disminuir en lo posible el efecto de una contrapresión que

dificulte la circulación del agua al interior del captador, sobre todo en un funcionamiento termosifónico. Existen arreglos de captadores en paralelo-

serie que permiten tener un funcionamiento adecuado, sin embargo, cada

instalación solar corresponde en muchas ocasiones a un caso particular.

(Figueroa, 2013)

4.5.7 Como circula el agua. La circulación de agua al interior del captador se puede efectuar de

manera natural por medio de la gravedad, utilizando las diferencias de densidades debidas a los gradientes de temperaturas entre la zona fría y la

Pág

ina1

00

zona caliente del sistema. Este fenómeno se denomina termo circulación

natural o sistema termosifónico.

Como la circulación es natural, ésta depende de la intensidad de la radiación solar y de la disposición de los diferentes elementos en el

sistema, con el propósito de vencer las fuerzas gravitacionales y así

permitir la circulación natural del agua en el interior del captador, sin necesidad de una bomba.

En un sistema termosifónico, los flujos de agua son relativamente bajos y

por este hecho se alcanzan temperaturas más elevadas que los sistemas de circulación forzada, los cuales utilizan una bomba para tal efecto.

En este caso es posible aumentar la cantidad de agua circulante, pero se

obtendrá una temperatura menor. A menor flujo de agua mayor

temperatura, pero se tiene menor capacidad de almacenamiento. Tanto el sistema de circulación natural como el de circulación forzada se detallarán

posteriormente.

4.5.8 ¿Cuáles son la inclinación y la orientación adecuadas? La energía solar que incida en la superficie de la tierra varía durante el día y en el transcurso de todo el año. Esto se debe por una parte a que la

tierra describe alrededor del sol una órbita elíptica (no circular), y por este

hecho se encuentra diferentes distancias del mismo, y por otra parte, por

el hecho de que la tierra está inclinada con respecto a su eje de rotación, cerca de +23.5° en el hemisferio norte y –23.5° en el hemisferio sur,

fenómeno conocido como la declinación solar. Esto da origen al cambio

climático y a las estaciones del año. Dicha declinación hace que la radiación solar que incide en la tierra no sea recibida perpendicularmente

con respecto a la posición geográfica del lugar (latitud), por lo que es

necesario inclinar el captado solar, dependiendo de la época del año en que se quiera favorecer el uso del sistema solar.

La mayor cantidad de la radiación solar se recibe cuando la altura del sol

es máxima (solsticio de verano), y así mínima cuando la altura del sol es la más baja (solsticio de invierno). Es factible inclinar los captadores y

colocarlos a diferentes posiciones de acuerdo con las diferentes épocas del

año, para obtener así la máxima radiación solar posible. Para lograr lo anterior se requiere de un sistema de operación manual o

automático que permita esta movilidad para el dominio de las latitudes

correspondientes. Dada la dificultad de estar modificando la inclinación

del colector durante toda la época del año, se tiene que buscar una inclinación adecuada.

Como regla General se toma como un ángulo de inclinación promedio del

captador solar, el ángulo igual al de la latitud del lugar. Este ángulo se puede aumentar o disminuir una decena de grados por

arriba y por abajo de este valor para favorecer la utilización en invierno o

en verano, respectivamente.

Pág

ina1

01

La orientación del captador en el hemisferio norte deberá ser hacia el sur

geográfico, es decir hacia el Ecuador. En el caso de encontrarse en el

hemisferio sur, la orientación de los captadores Solares deberá ser hacia el norte geográfico. En ambos casos, como se puede observar, la orientación

espacial Ecuador.

Se mencionan sur y el norte geográficos debido a que los correspondientes polos magnéticos (medidas con brújula) pueden diferir por algunos grados

dependiendo de la declinación magnética de cada localidad. Esta

información puede ser solicitada al sistema meteorológico de cada país u obtenerse por medio de un mapa isogónico (isolíneas de campo magnético

constante).

Normalmente los instaladores de equipo solar conocen esta situación y

oriental los colectores hacia el sur o el norte geográfico, dependiendo del hemisferio en donde se encuentran. Sin embargo, no todas las superficies

(moros, techos, etc.) ofrecen esta posibilidad de orientación.

En la práctica, una desviación de 20° hacia el este o hacia el oeste no representa disminución importante en la energía recibida.

Es recomendable que para orientaciones con mayor desviación con

respecto al sur o hacia el norte, según sea el caso, se realizó un cálculo para estimar la disminución de energía solar recibida y compensar esta

pérdida con una ley adicional de captación solar.

4.5.9 Como se almacena el agua caliente. Debido a la intermitencia de la energía solar y, en ocasiones, a los lugares

en donde la demanda de agua caliente no coincide con el periodo de máxima radiación solar, es necesario almacenar el agua caliente para su

posterior utilización. Esta situación es muy común sobre todo cuando se

requiere, por ejemplo, agua caliente para la ducha, ya que la frecuencia de uso se presenta la mañana y en la tarde, cuando los índices de radiación

solar son los más bajos. De aquí la necesidad de calentar el agua partir de

las nueve horas hasta cerca de las 18:00, y usar parte del agua caliente almacenada para el baño de la tarde y conservar el resto durante toda la

noche para su utilización en la mañana siguiente, comenzando así un

nuevo ciclo diario de calentamiento solar. Al recipiente que almacena el agua caliente para su uso posterior se le

conoce como tanques de almacenamiento de agua caliente o termo tanque.

El termo tanque normalmente es un recipiente cilíndrico que se coloca en

posición vertical y horizontal (la más común), construido de materiales metálicos o plásticos reforzados. Para aplicaciones uso sanitario, la

mayoría de los termotanques están construidos en acero, recubiertos de

un aislamiento térmico y protegidos de la intemperie por medio de una envolvente metálica.

Los termotanques deben estar aprobados a cierta presión interna máxima.

En General, existen dos tipos de termo tanques, uno de baja presión (menor de 1.5 kgf/cm² 0 147 KPa) y otro de alta presión (de 1.5 a 4

Pág

ina1

02

kgf/cm² o 147 a 392 KPa) compatible con los sistemas hidroneumáticos de

tipo doméstico o con la presión de la red municipal. Con objeto de evitar

sobrepresión debida a un posible sobrecalentamiento (estancamiento del agua al interior del colector), los termotanques deben estar provistos de

una válvula de seguridad o columna de aire colocada por arriba del nivel

del agua de suministro (jarro de agua). El volumen de termo tanque debe ser lo suficientemente grande para

proveer de agua caliente y así cubrir las necesidades diarias. En el caso de

aplicaciones domésticas, se estima un consumo General máximo de 75 lt por adulto y de 55 lt por niño, mismos que se consideran consumos

normales, sin embargo, estas cantidades pueden variar de acuerdo con el

hábito de consumo personal.

En climas cálidos, la capacidad diaria promedio de agua caliente (50 a 60°) por metro cuadrado de captador solar varía de 50 a 100 lt dependiendo de

la eficiencia del captador, de las condiciones climatológicas y de la

radiación solar recibida. Es decir, por ejemplo, para una familia de cuatro personas se requerirá un promedio de 250 lt de agua caliente, y se

necesite una superficie de captadores solares entre 3 y 5 m² para un

sistema termosifónico. (Figueroa, 2013)

Los volúmenes de los termotanques disponibles en el comercio fluctúan

entre los 100 y 500 lt de capacidad. Las temperaturas del agua almacenada varían normalmente entre 40 y 60° C, en función del tipo de

captador solar. Entre mayor sea la temperatura del agua caliente, el

volumen de almacenamiento disminuye, pero las pérdidas de calor son mayores, requiriéndose más espesor de aislamiento térmico.

Por lo general, un buen termotanque no debe de perder más de 4°C por

cada 12 h. Por lo anterior se sugiere que el sistema solar funcione a una

temperatura de almacenamiento del agua caliente lo más cercana posible a la temperatura de su utilización.

Los termotanques pueden diseñarse para funcionar con una estratificación de temperaturas (el agua más caliente en la parte superior y la más fría en

la parte inferior); con objeto de operarlo más cercano posible a la máxima

temperatura de salida del captador solar, o con una homogenización de la temperatura (temperatura promedio) por debajo de la temperatura de

salida del captador.

El funcionamiento estratificado es más conveniente, ya que mejora la

mayoría de los casos hasta 10% la eficiencia, lo que implica el uso de

dispositivos (difusores) que permita la separación de las corrientes frías de

las calientes al interior de termotanque, para evitar lo más posible el mezclado. (Figueroa, 2013)

Debido a condiciones climatológicas adversas, es necesario contar con

sistema auxiliar de calentamiento como respaldo. Normalmente la vivienda cuenta con un calentador de agua con quemador de gas o de otro tipo de

Pág

ina1

03

combustible o eléctrico, el cual puede conectarse en serie con el sistema

solar, así, ahora tendrá como función suministrarle el calor faltante para

alcanzar las condiciones deseadas pare calentamiento de agua. Por lo General el agua caliente que sale del termotanque alimenta sistema

auxiliar de respaldo o pasa directamente a la línea de suministro de agua

caliente, dependiendo de la temperatura alcanzada con el sistema solar. En este punto, es importante mencionar que los SCSA en General deben

operar a una temperatura cercana a la de un uso de agua caliente, que

para aplicaciones sanitarias oscila entre 35 y 38°C. Si este equipo se conecten serie a un calentador de agua con quemador de

gas, el cual tiene un termostato regulado entre 60 y 65°C, aunque el agua

pueda utilizarse a la salida del SCSA siempre se sobrecalentara a la salida

del calentador auxiliar, consumiendo de manera innecesaria energía adicional, ya que tendremos que eliminar la al momento de la utilización.

Para resolver este problema, es necesario el uso de calentadores auxiliares

con controles automáticos (termostato) a una temperatura máxima de 50°C pues su defecto el agua del equipo solar de manera directa mediante

la instalación de una válvula deriva dora automática (by pass).

Lo anterior nos permitirá ahorrar mucha energía, sobre todo si se sabe que el mantener el piloto del equipo convencional en funcionamiento

automático, puede consumir hasta cerca de 4 kg de gas licuado al mes.

El calentamiento auxiliar se hace directamente en el termotanque o en un tanque de almacenamiento separado. Esta última opción es la

recomendada, debido a que no interfiere con el funcionamiento del sistema

de calentamiento solar, sin embargo, resulta más costosa, ya que se tiene que invertir en un recipiente adicional.

Es importante considerar que al conectar el termotanque de acero a la

línea hidráulica de cobre, se puede producir un efecto corrosivo sobre

termotanque debido al efecto galvánico que se lleva a cabo en la unión acero-cobre. Este efecto se puede disminuir utilizando un ánodo de

sacrificio (carbón, zinc o magnesio) colocador interior del termotanque, o

utilizar un aislante dieléctrico que separe a los dos metales. (Figueroa, 2013)

4.5.10 Sistemas de calentamiento solar de agua para uso sanitario Sistema de circulación forzada.

En este sistema una bomba se circula el agua fría desde el fondo del

termotanque, a través de la tubería que conecta termotanque con captadoras solar, hasta llegar a este en donde se calienta y luego vuelve a

la parte superior del termotanque.

En este sistema termotanque puede colocarse en cualquier lugar. Estos

sistemas, también denominados activos, están provistos de controles para regular la circulación del agua, conocidos como termostatos diferenciales,

Pág

ina1

04

los cuales son dispositivos electrónicos determinar en qué momento el

colector solar debe calentar el agua y hacer funcionar la bomba de manera

automática. Cuando la temperatura del agua en el tanque se acerca a la temperatura

promedio en el captador (una diferencia 2 y 3°C), el termostato apaga la

bomba. Además de esos dispositivos, existen otros aparatos para controlar el flujo de agua como las válvulas de tres vías. En algunos casos se usan

relojes programados para operar automáticamente la bomba, sin embargo,

hay que tener cuidado en su manejo, sobre todo en el día y cuando se presenten días nublados.

También existen interruptores que hacen funcionar la bomba cuando el

calor del colector llega a la temperatura determinada previamente.

El agua caliente en el colector regresa al termotanque y es reemplazada por agua fría. Las principales ventajas de los sistemas de circulación

forzada son:

a) Su eficiencia es mayor que la de los sistemas que utilizan bombas. b) Se requiere menor arreglo visual del equipo sobre el techo.

c) Tienen menores pérdidas de calor durante la noche.

Sus principales desventajas son: a) Tienen mayor número de componentes (bombas, controles, etc.), por

lo que requiere mayor mantenimiento y reemplazos periódicos.

b) La bomba consume energía eléctrica lo que contribuye a aumentar los costos totales de operación del sistema.

En cualquier sistema solar, es de suma importancia proteger al sistema de

las bajas temperaturas ambientales (inferiores a 5°C), ya que esto puede provocar la congelación del agua en el interior del captador que ocasiona

rupturas en las tuberías debidas a la expansión del agua al congelarse.

En los sistemas de circulación forzada, el mismo controlador de flujo

(diferencia de temperatura) se puede diseñar para proteger el sistema en caso de bajas temperaturas. El controlador puede operar la bomba para

que circule agua tibia proveniente del termotanque a través del captador

solar, sobre todo, cuando la temperatura ambiental está cerca del punto de congelación del agua.

Existen otros métodos para protección en caso de una posible congelación,

tales como: el drenaje manual o automático del captador (con recuperación o no de la descarga), el uso de una válvula de termostática colocadas cerca

del captador, la cual se abre cuando la temperatura está cercana al punto

de congelación del agua, lo que permite el flujo de agua tibia proveniente de termotanque a través del captador, volviéndose a cerrar cuando la

temperatura vuelve a aumentar.

En países con clima frío intenso y prolongado, se utiliza el calentamiento

indirecto de agua por medio de un equipo solar que contiene un circuito

cerrado primario en donde circula un fluido bajo punto de congelación (por

Pág

ina1

05

ejemplo, mezclas anticongelantes de agua-etilenglicol), aquí el calor se

transfiere al agua a través de un intercambiador de calor.

Este tipo de sistema se utiliza en lugares que están en latitudes por arriba de 30°C en ambos hemisferios y contribuye a evitar los problemas de

depósitos calcáreos debidos a la dureza del agua. (Figueroa, 2013)

Sistema termosifónico.

Fig.57 Circulación natural o termosifónica.

La figura representa de manera esquemática un sistema de calentamiento

solar que funciona por medio de circulación natural o termosifónico. En este caso el termotanque se encuentra por arriba del captador solar y a

través de este se alimenta el agua fría hacia la parte inferior del mismo. El

agua disminuye su densidad al calentarse y asciende hasta la parte alta del captador, introduciéndose en el termotanque y regresando al captador,

con esto se establece una circulación natural del agua entre termotanque y

el captador solar. La velocidad de circulación y la capacidad de calentamiento de agua dependerán del diseño hidráulico del sistema y de

las condiciones climatológicas y de radiación solar incidente en la

localidad. El tanque elevado colocado por arriba del nivel del termotanque es un dispositivo muy importante ya que suministra el agua fría necesaria

para el termotanque y sirve de columna de agua de presión para desplazar

el volumen de agua caliente cuando ésta es extraída.

Sigue tanque elevado no tiene agua, el agua caliente no podrá extraerse, a pesar de estar lleno el termotanque.

Pág

ina1

06

Como el sistema trabaja utilizando el impulso termosifónico del agua, es

muy importante que el equipo no tenga constricciones u obstáculos que

limite la circulación del agua, como codos, reducciones de tubería, válvulas y otros dispositivos que aumente la presión interna y dificulten o

imposibiliten la circulación natural.

Por lo anterior, el diámetro de los tubos deberá ser un poco mayor en un sistema termosifónico que en uno de confección forzada.

En estos sistemas termosifónicos se presenten ciertas condiciones del

llamado termosifón o flujo inverso, esto sucede por lo general durante la noche; como el termotanque es el punto más caliente, el agua empieza

circular de manera inversa, hacía el captador esto provoca su

enfriamiento. Existen dispositivos de control que evitan este flujo inverso,

que consiste en válvulas anti retorno, diseñadas exprofeso para tal tipo de cisternas. En este caso es muy importante comprobar que la válvula anti

retorno este especialmente diseñada para el sistema termosifónico, el cual

opera a una presión más baja que el sistema de circulación forzada, de no ser así se podría crear una obstrucción y bloquear el sistema de

circulación del agua. Otra forma de limitar este fenómeno consiste en fijar

una distancia mínima de 35 centímetros entre la base del termotanque y la parte alta del captador solar.

Sistema termosifonico con tubos evacuados.

La operación del sistema termosifonico compuesto por tubos evacuados es similar a la de un captador solar plano. Tal sistema está construido por un

banco de tubos evacuados con diámetros entre 47 y 58 mm y longitudes

de tubos que varían de 150 a 210 cm. Las capacidades de los sistemas termosifónicos hará uso doméstico están entre 100 y 500 litros. El agua

fría contenían termotanque desciende los tubos evacuados donde se

calienta, y al ir disminuyendo su densidad asciende al tanque de

almacenamiento durante las horas de incidencia de la radiación solar. En estos sistemas se elimina el uso de tubería para conectar los

captadores Solares al termotanque, pues los tubos evacuados insertan

directamente a este depósito. En relación con la inclinación y orientación de los captadores evacuados, se aplican las mismas recomendaciones que

en los captadores planos normales. En la figura se aprecia la forma en que

el agua circula en un captador solar evacuado termosifonico que opera a baja presión. (Figueroa, 2013)

Pág

ina1

07

Fig.58 Circulación del agua dentro del reflector.

Por lo General los tubos tienen reflectores integrados para incrementar la

captación de la energía solar.

En la siguiente figura se aprecia la forma en que el agua circula en un captador solar evacuado termosifonico que opera baja presión.

Fig.59 Funcionamiento del termotanque.

Cuando el abastecimiento de agua fría al sistema solar evacuado es mediante un equipo hidroneumático, por presión de la red municipal o a

través de un tanque elevado con una altura superior a 2.5 m se debe

instalar un sistema de calentamiento indirecto. Dicho sistema consiste en

utilizar un segundo tanque en donde existe un circuito primario de baja presión que consta de los tubos evacuados insertados en el tanque de baja

presión, el cual se llena mediante un deposito colocado en la parte

superior de dicho recipiente y otro tanque de menor diámetro que almacena el agua caliente que va a servicios y que soportar presiones de

hasta 4.0 kgf/cm² o 392 KPa.

Pág

ina1

08

Fig.60 Calentador solar para presiones altas.

Otra forma consiste en instalar un intercambiador de calor (serpentín de

cobre) en el interior del termo tanque a través del cual circule el agua que

se pretende calentar, el cual soporta presiones altas. Entre las principales ventajas en sistema termosifonico está el que no se

usan y bomba y controles electrónicos que requieren mantenimiento y

consumen energía, además contiene tanques de almacenamiento aislados y reduce las pérdidas térmicas durante el período nocturno.

Las principales desventajas son su menor eficiencia en comparación con

los sistemas activos y que el piso de sustentación debe soportar el peso del

sistema, en particular el tanque de almacenamiento lleno, además hay que considerar la integración arquitectónica al diseño de la vivienda, para

contar con una buena estética.

Pág

ina1

09

Fig.61 Calentador solar para agua a base; tubos de cristal evacuados.

Fig.104 Análisis de un tubo de cristal evacuado

Pág

ina1

10

4.5.11 Sistema Solares para el calentamiento de agua para

piscinas.

Fig.62 Recorrido y función del sistema para calentar piscinas.

Existe gran número de piscinas que requieren acondicionarse para el

calentamiento de agua, lo cual es una de las aplicaciones masivas de los

sistemas de calentamiento solar. Generalmente el agua se calienta entre 26 y 30°C en primavera y en verano, y entre 24 y 28°C en otoño e invierno.

En este tipo de captador solar debido a la pequeña diferencia entre la

temperatura del agua y el medio ambiente, en la mayoría de los casos no

se requiere una cubierta trasparente ni un aislamiento térmico (captadores Solares descubiertos), pero sólo se pueden usar en lugares con clima

templado o cálido y con velocidades de aire moderadas (1-5 m/s).

En estos sistemas no se necesita del termo tanque, ya que la propia piscina sirve de almacenamiento térmico de agua. En la mayoría de los

casos, el mismo sistema de filtrado de la piscina se usa para impulsar el

agua a través de los captadores Solares. Sin embargo, en algunos casos, es necesaria una bomba adicional. La

figura describe esquemáticamente un sistema de calentamiento solar de

una piscina, utilizando el propio sistema de filtrado.

Pág

ina1

11

Fig.63 Elementos que componen el sistema para piscinas.

La potencia térmica necesaria para el calentamiento del agua de una

piscina se calcula partir de un balance térmico entre la ganancia de calor debida a la exposición directa a la radiación solar, y las pérdidas de calor

debidas a la evaporación de agua, la convección del aire sobre la superficie

de la piscina, la radiación por la superficie del agua y la conducción a través de los muros y el piso. Por estimaciones hechas de las pérdidas

térmicas en piscinas, se han calculado los siguientes porcentajes: 66% por

evaporación, 17% por radiación, 12% por la convección del aire y 5% por conducción a través de muros y piso.

Como puede apreciarse, las pérdidas más importantes son debidas a la

evaporación de agua. Este fenómeno de evaporación depende fuertemente de la energía solar

incidente y de las propiedades del aire, como la temperatura, la humedad y

la velocidad.

Es claro que para un mismo volumen de agua, entre mayor sea la

superficie hubo Espejo de agua de la piscina, habrá mayores pérdidas por evaporación, que en una superficie menor.

Por ejemplo, una piscina para niños, debido al poco volumen de agua y a

su gran superficie, pierde más energía por evaporación, mientras que en una fosa de clavados, la superficie expuestas menor en relación con el

gran volumen de agua y, por tanto, se tienen menos pérdidas por

evaporación y la temperatura se mantiene por más tiempo. (Figueroa,

2013)

Pág

ina1

12

Fig.64 Sistema con bomba.

De la gran diversidad de captadores Solares para el calentamiento de

piscinas, la mayoría de los absorbedores son de tipo tubular (pequeños tubos absorbedores), de placa plana o de tipo cojín. Los de tipo tubular

son los más simples. Un determinado número de tubos lisos o tipo varilla

se arreglan en forma paralela, y de acuerdo con el diseño se conectan en forma espaciada a los tubos distribuidores por medio de cilindros huecos

que sostienen o empalman los tubos para que queden unidos a los

mínimos tubos distribuidores (manguitos). También pueden conectarse con abrazaderas, broches, conexiones, etc.

En los de tipo plano o tipo cojín los canales interiores son de diferentes

formas, están eslabonados, producen placas de diferentes dimensiones con

superficies lisas, sin la existencia de ranuras en donde se pudiera acumular polvo u hojas, y en donde el auto lavado por la lluvia es muy

conveniente. En este tipo de sistemas, la variación del ángulo de

inclinación produce pequeñas diferencias en el factor de conversión, y sólo se producen variaciones más importantes con absorbedores de tipo varilla

(corrugados) que con los absorbedores planos normales.

Pág

ina1

13

Fig.65 Absorbedor, componentes.

Los absorbedores se fabrican en material plástico extruido, especialmente de polímero de polipropileno estabilizado. Como tracción, algunos

fabricantes usan la extensión de monómero de dieno etilpropileno (EPDM,

por sus siglas en inglés). Las formulaciones plásticas pueden ser de tipo duro, rígido o suave y flexible, de acuerdo con la mezcla polimérica

utilizada. El uso del plástico permite operar el sistema de calentamiento

solar con el agua clorada de las piscinas. Sin embargo, es importante considerar la concentración de cloro, ya que para dosis altas de cerca de 5

mg/l, puede haber daños al absorbedor por efectos de corrosión de

irritación en los ojos y en la piel de los nadadores. La resistencia al cloro es función del tipo plástico que se utilice con base en la anterior no se

recomienda el uso de tuberías galvanizadas.

Fig.66 Tendido de absorbedor en tejados.

La durabilidad de los captadores el plástico es de 10 a 15 años. La tubería

que por lo General se utiliza para conectar el sistema solar con el equipo de filtrado desde cloruro de polivinilo (PVC) cédula 40 u 80.

Pág

ina1

14

Es muy importante considerar las pérdidas de presión en el absorbedor, ya

que el total de ellas contribuye a la determinación de la potencia de la

bomba, lo cual debe ser lo más baja posible. Es común considerar un exceso máximo permisible sobre la presión de

operación entre 0.5 y 1.0 kgf/cm². La sección transversal o diámetro del

tubo tiene gran influencia sobre las pérdidas de presión. Por lo General a potencia de la bomba se calcula para que circule el volumen total de agua

de la piscina en un periodo de 7 a 10 h. (Figueroa, 2013)

Fig.67 Piscina o alberca exterior con sistema para calentar agua con energía solar, ubicada en el Fraccionamiento Jurica Campestre, calle Oyameles s/n Santiago de

Queretaro, Qro.

Para la determinación de la superficie requerida de captadores Solares es

importante hacer la diferencia entre una piscina al aire libre y una

cubierta, ya que la primera tenemos la aportación de calor debida a la radiación solar por tanto, en principio, se podría suponer que en este caso

se requerirá menos área de captadores que en una piscina cubierta.

En las piscinas cubiertas no se cuenta con la con tribu ción de calor

debida a la incidencia de la radiación solar, pero se reduce tanto el efecto convectivo del aire, como el de la evaporación, sin embargo, el aire puede

saturarse y aumentar mucho la humedad, por lo que se necesita su

renovación.

Además, habrá que considerar el costo de la estructura, no obstante, son de gran utilidad cuando se quiere disponer de ellas durante todo el año,

principalmente en la época de frío.

Pág

ina1

15

No hay reglas generales al respecto, cada instalación debe analizarse de

manera independiente. (Figueroa, 2013)

Fig.68 Piscina o alberca interior, cuyo calentamiento de agua es solar ubicada en el Fraccionamiento Residencial Contry Club Polo Balvanera, en el Municipio de Corregidora. Querétaro.

Con objeto de simplificar el cálculo de la superficie de captación solar

necesaria para el calentamiento de la piscina, la mayoría de los fabricantes

instaladores proponen una relación entre la superficie de la piscina o Espejo de agua y el área de los captadores Solares. En el caso de piscinas

residenciales, con profundidad promedio de 1.50 m, con absorbedores de

plástico: a) Para climas templados: superficie del absorbedor = 1.3 a 1.6

multiplicado por la superficie del Espejo de agua de la piscina.

b) Para climas cálidos: superficie del absorbedor = 1.0 a 1.4 multiplicado por la superficie del Espejo de agua de la piscina.

En ambos casos resulta conveniente utilizar una cubierta térmica flotante.

Con los parámetros de diseño anteriores y en condiciones normales, se

puede estimar una temperatura promedio de la piscina entre 26 y 30°C. Si

se quiere aumentar la temperatura, se tendrá que aumentar la superficie de los captadores Solares o contar con un sistema auxiliar de

calentamiento.

Por lo General, las piscinas cuentan, si usan captadores Solares, en un sistema auxiliar de calentamiento en caso de haber condiciones

atmosféricas adversas. El sistema de respaldo consiste la mayoría de los

casos de una caldera con combustión de gas licuado por natural, o de una bomba de calor. Existe la posibilidad de que se cuente con un sistema

convencional de calentamiento y el sistema solar funcione como auxiliar.

Pág

ina1

16

Lo anterior dependerá de la estrategia para establecer el porcentaje de

aporte de energía solar, o de la superficie disponible para instalar el

sistema solar. (Figueroa, 2013) Con objeto de reducir el área requerida de captadores Solares se pueden

seguir las tres estrategias siguientes:

1. Hacer construir la piscina en el sitio de mayor exposición a la

radiación solar. Un buen porcentaje de la energía solar se absorbe

en el agua de la piscina, por tanto ésta debe ser ubicada en un sitio donde pueda recibir la máxima radiación solar. En los sitios

cerrados techados, aún con tela metálica se reduce la energía solar

en la superficie del Alberca, requiriéndose en estos casos más calor

para mantener una temperatura agradable, por lo que se necesita mayor haría de captadores Solares, con el consecuente aumento en

el costo del equipo.

2. Intenta reducir la velocidad del aire en la superficie del agua. Es aconsejable el uso de barreras para detener el viento, como cercas

de materiales sólidos, arbustos y árboles pequeños, etc., Evitando en

lo posible el sombreado de la piscina. Lo anterior es con el objeto de reducir las pérdidas de calor y la evaporación, debidas a los

movimientos del aire en la superficie del agua. Como ya se

mencionó, entre mayor sea la superficie expuesta de la piscina, mayores serán las pérdidas de calor.

3. Uso de cubiertas. Las cubiertas plásticas flotantes para la piscina

tienen las funciones de reducir la evaporación del agua, mantener la piscina limpia y reducir el consumo, tanto de los materiales

químicos utilizados para su purificación (evitando su evaporación)

como el mantenimiento del filtro. Todo lo anterior dependerá del tipo

de material de la cubierta y del tiempo de uso. Es preferible utilizar cubiertas que permitan el paso de la energía solar, las opacas son

negras son menos efectivas para captar y conservar calor porque la

luz no penetra la superficie del agua. La duración promedio de las cubiertas o sea la entre seis meses y dos años, por lo que es muy

importante considerar el costo de inversión en función de la calidad

de los posibles reemplazos. El uso de la cubierta reduce las pérdidas de calor por evaporación y por acción del viento, lo que incrementa

la temperatura del Alberca. Las cubiertas flotantes deberán

utilizarse durante la noche y en condiciones climáticas diurnas desfavorables. Se debe tener cuidado con los niños y las mascotas,

cuando la cubierta este colocadas sobre la Alberca, ya que existe el

riesgo de un accidente si pretende nadar o caminar sobre la

cubierta. (Figueroa, 2013)

Pág

ina1

17

Fig.69 Cubiertas flotantes para piscinas y/o albercas, son accesorios que permiten la preservación del calor así como la limpieza.

Pág

ina1

18

4.6 Celdas para Paneles Fotovoltaicos

Fig. 70 Celdas solares en paneles Fotovoltaicos.

Descripción. Dispositivos que absorben luz del sol y la convierten

directamente en energía eléctrica. Rendimiento. Un módulo de 36 celdas de silicio mono cristalino de dos

pulgadas de diámetro tiene la capacidad de 7 Watts pico.

Para producir 1000 Watts lo que necesita aproximadamente una vivienda se requieren de 5000 celdas.

Ventajas. No requieren combustible.

No contaminan. Son silenciosas.

Tienen poco peso.

Requieren poco mantenimiento.

Desventajas. Alto costo inicial.

Para almacenar la energía se requieren baterías que deben cambiarse cada

determinado tiempo. Observaciones.

Pág

ina1

19

A 3km de la red para el suministro eléctrico conviene usar celdas

fotovoltaicas.

Con el uso de baterías se puede lograr una autonomía aproximada a 15 días sin sol.

Las celdas fotovoltaicas también funcionan con luz difusa.

4.6.1 CÉLULAS Y PANELES FOTOVOLTAICOS.

Funcionamiento Las células fotoeléctricas son dispositivos basados en la acción de

radiaciones luminosas sobre ciertos materiales, normalmente metales. El

efecto de esas radiaciones puede ser de tres tipos: Efecto foto emisivo o foto externo: Provoca un arranque de electrones

con liberación de los mismos.

Efecto foto conductivo o foto interno: Modifica la conductividad eléctrica del material.

Efecto fotovoltaico: Crea una fuerza electromotriz en el material.

Precisamente en este último apartado es donde se integran las células

fotovoltaicas, que generan un paso de corriente proporcional al flujo luminoso que reciben. Los materiales usados para las células fotovoltaicas

son los semiconductores, ya que la energía que liga a los electrones de

valencia con su núcleo es similar a la energía de los fotones que constituyen la luz solar. Al incidir ésta sobre semiconductor (normalmente

silicio), sus fotones suministran la cantidad de energía necesaria a los

electrones de valencia como para que se rompan los enlaces y queden libres para circular por el semiconductor.

Al lugar dejado por la ausencia del electrón liberado se le llama hueco, y

dispone de carga eléctrica positiva. Estos huecos también se desplazan, ya que el electrón liberado es susceptible de caer en un hueco próximo,

produciendo entonces un movimiento de estos huecos. Al hecho de que los

electrones ocupen los huecos de otros electrones se le denomina

recombinación. Estos electrones libres y estos huecos creados en los puntos donde hay

luz, tienden a difundirse hacia las zonas oscuras, con lo cual pierden su

actividad. Sin embargo, al moverse ambas partículas en el mismo sentido, no producen corriente eléctrica, y antes o después se recombinan

restableciendo el enlace roto. No obstante, si en algún lugar próximo a la

región donde estas parejas de electrones y huecos han sido creados se formara un campo eléctrico en el interior del semiconductor, este campo

separaría a los electrones de los huecos, haciendo que cada uno circule en

dirección opuesta y, por consiguiente, dando lugar a una corriente eléctrica en el sentido del citado campo eléctrico.

Existen varias formas de crear un campo eléctrico de este tipo en el

interior del semiconductor, pero todas ellas están basadas en el concepto

de potencial de contacto y la afinidad que diferentes sólidos tienen por los electrones.

Pág

ina1

20

Fig.71 Interior del semiconductor.

En las células solares convencionales este campo eléctrico se consigue mediante la unión de dos regiones de un cristal de silicio que han sido

tratadas químicamente de modo diverso.

Una de las dos regiones, la denominada n, ha sido dopada (impurificada) con fósforo. El fósforo tiene cinco electrones de valencia, uno más que el

silicio, de manera que la región dopada con fósforo muestra una afinidad

por los electrones menor que el silicio puro. La otra región, denominada p, ha sido dopada con boro. El boro tiene sólo

tres electrones de valencia, uno menos que el silicio, y por ello el silicio

dopado con boro tiene una afinidad por los electrones superior al silicio

puro. De esta manera, la unión p-n así formada presenta una diferencia de potencial Ve que hace que los electrones tengan menos energía en la zona

n que en la zona p. Consecuentemente, un campo eléctrico dirigido de la zona n hacia la p tiende a enviar los electrones hacia la zona n y los huecos hacia la zona p.

La constitución de una célula de silicio convencional parte de una barra

cristalina de silicio dopado con boro, que se corta en discos de un espesor

0.3 mm. Una de sus caras se dopa fuertemente con fósforo, mediante difusión a alta temperatura en una atmósfera gaseosa rica en el mismo, de

forma que este elemento penetre en el silicio más concentrado que el boro

que éste contenía, hasta L profundidad aproximada de 0.3 micras. Encima de esta capa se deposita una rejilla metálica conductora, y en la parte

posterior una capa continua. Ambas sirven para facilitar la toma de

contactos eléctricos con las dos regiones. Cuando inciden fotones sobre la capa superior de la célula, algunos

enlaces se rompen, generándose entonces pares electrón-hueco. Si esta generación se produce a una distancia de la unión menor que lo

que se denomina longitud de difusión, antes o después estos portadores serán separados por el fuerte campo eléctrico que existe en la unión,

moviéndose el electrón hacia la zona n y el hueco hacia la p y dando lugar,

por consiguiente, a una corriente desde la zona n a la zona p.

Pág

ina1

21

Fig.72 Longitud de difusión hacia el campo eléctrico.

Teniendo en cuenta lo anterior, para obtener un buen rendimiento en células solares, éstas deben estar constituidas por un material en el que la

energía del enlace de sus electrones de valencia no sea ni muy baja, ya que

se perdería buena parte de la energía del fotón, ni muy alta, pues entonces

sólo los fotones más energéticos del espectro solar podrían romper los enlaces. El silicio, con 1.1 eV, es el material más usado. El arseniuro de

galio, con 1.4 eV, tiene teóricamente mejores características pero es más

caro. El sulfuro de cobre, con 1.2 eV, es un material prometedor.

Fig.73 Elementos para el efecto fotovoltaico en un panel solar.

Pág

ina1

22

4.6.2 Rendimiento. El rendimiento se define como el cociente entre la potencia eléctrica máxima que puede suministrar una célula fotovoltaica y la potencia

luminosa que incide sobre su superficie.

El rendimiento obtenido en laboratorio sobre células de silicio monocristalino es del 22% - 24%, pero una vez que se pasa a su

fabricación masiva éste baja a un valor aproximado del 15%, lo que quiere

decir que, de cada 100 vatios que recibimos del Sol, tan sólo 15 se

aprovechan para nuestro uso. El hecho de este rendimiento tan bajo se debe fundamentalmente a los

siguientes factores:

a) Energía insuficiente de los fotones incidentes. b) Pérdidas por recombinación.

c) Pérdidas por reflexión.

d) Pérdidas por los contactos eléctricos. e) Pérdidas por resistencia serie.

4.6.3 Tipos a) Células de arseniuro de galio.

Rendimiento cercano al 27% - 28%, tecnología poco avanzada y costes

elevados. b) Células de sulfuro de cadmio y sulfuro de azufre.

Bajos rendimientos. Posible alternativa de bajo coste en el futuro.

c) Células bifaciales. Células activas en sus dos caras. Rendimiento cercano al 30% pero muy

caras y complejidad en la instalación.

d) Células de silicio amorfo. Posee la ventaja de que su espesor llega a ser 50 veces más fino que el

equivalente en células de silicio monocristalino. Eficiencia en torno al 9%,

pudiendo aumentar en las versiones multicapa. Costes muy económicos.

e) Células de silicio policristalino. Rendimiento de hasta el 14%. Posibilidad de producirlas directamente en

forma cuadrada, por lo que no es necesario el posterior mecanizado.

f) Células de silicio monocristalino. Son las más empleadas en la actualidad. No olvidemos que el silicio es el

material más abundante en la Tierra después del oxígeno.

Pág

ina1

23

Fig.74 Diagrama unifilar en una célula fotovoltaica.

4.6.4 Parámetros de una célula solar Intensidad de cortocircuito (Icc): Es aquella que se produce a tensión

cero. Tensión de circuito abierto (Cca): Representa la tensión máxima que

puede dar una célula.

Potencia pico (Wp): Es la potencia eléctrica máxima que puede

suministrar una célula. Factor de forma (FF): Nos da la calidad de la célula. FF = (Ip . Vp) /

(Icc . Wcc)

Rendimiento (): Cociente entre la potencia pico y la potencia de

radiación incidente.

Fig.75 Rendimiento en una celula fotovoltaica.

4.6.5 Proceso de fabricación de las células monocristalinas. Se distinguen dos pasos: Elaboración y purificación del silicio y la propia

fabricación de la célula. El silicio se obtiene principalmente de la sílice (óxido de silicio), de la que,

por el método de reducción, se extrae el silicio llamado de grado

metalúrgico, que dispone de una pureza del 98%, que al no ser suficiente

Pág

ina1

24

ha de volver a purificarse hasta llegar a un grado de 99’9999%,

obteniéndose el silicio de grado electrónico.

Una vez obtenido el material adecuado por su pureza, comienza propiamente el proceso de fabricación, que consiste en introducir el silicio

al 99’9999 % en un crisol junto con impurezas de boro, para formar una

masa fundida, llevando el conjunto a una temperatura de 1400ºC aproximadamente. Una vez que todo el material se encuentra en estado

líquido, se dispone de una varilla cuyo extremo tiene un germen de silicio

que, al ponerse en contacto con la masa, da comienzo al proceso de solidificación del material. Esta varilla tiene un movimiento rotativo y

lentamente ascendente, de tal forma que va solidificando un tocho

metálico de un diámetro que corresponde a la velocidad de ascenso y giro

que se ha imprimido a la varilla. Ésta es la razón por la cual la mayoría de las células solares tienen forma circular. En el caso de querer hacerlas

cuadradas, tendríamos que cortar los cuatro trozos laterales hasta dejar el

cuadrado inscrito en dicho círculo. Una vez que se dispone del tocho de silicio monocristalino, se trocea en

finas obleas que posteriormente se convertirán en células solares. El corte

se realiza mediante sierras extremadamente precisas, obteniendo obleas de un espesor orden de 0’3 milímetros. En esta etapa se llega a desperdiciar

en polvo hasta un 40 % del material, que puede ser nuevamente reciclado

aunque con evidentes pérdidas económicas para el producto final. La siguiente fase consiste en restablecer los efectos perniciosos que se han

producido por el efecto del corte. (Energía, 2000)

Esto se realiza introduciendo las obleas en baños químicos que restauran

la capa superficial dañada, preparándola para posteriores pasos.

Pág

ina1

25

Fig.76 Cronograma en el desarrollo de la energía eléctrica generada por paneles solares

fotovoltaicos.

Los lingotes producidos por el método descrito anteriormente, denominado

método Czochralsky, suelen tener una longitud de un metro, y diámetros comprendidos entre 20 mm y 200 mm.

El tiempo invertido en la producción de uno de estos lingotes s puede

llegar a ser de 8 horas. Disponemos hasta ahora de una fina superficie de silicio dopado con una

pequeña cantidad de boro. El siguiente proceso consiste en la propia

creación de la célula, mejor dicho, de la unión p-n que formará la célula

solar tal y cómo la podemos observar en la realidad. Para ello, se la introduce en hornos especiales a una temperatura entre 800°C y 1000°C

durante un tiempo prefijado, y en una atmósfera que se encuentra cargada

de átomos de fósforo y que se va difundiendo sobre la cara de la oblea que se quiere dopar con material n. La profundidad que alcanza la penetración

de fósforo está en función de la temperatura del horno y de la duración del

proceso. De esta forma, disponemos de una unión p-n creada en el interior de la oblea, que será capaz de producir corriente eléctrica al incidir

radiación.

Después de los procesos descritos anteriormente, la célula presenta una

superficie que rechaza aproximadamente el 33 % de la radiación que pueda llegarle, dado su aspecto metálico. Por este motivo se procede a la

aplicación de una capa anti reflectante que disminuya el valor rechazado a

Pág

ina1

26

tan sólo un 10 % - 12 %, aumentando de esta manera la eficiencia de la

célula.

Para poder hacer útil la energía que proporciona la célula solar una vez que se ilumina, se la debe proveer de contactos eléctricos capaces de

recolectar los electrones que se liberan por acción de los fotones que

contiene la luz. El diseño del dibujo sobre la superficie de la célula es muy importante, ya que cuantos más contactos se pongan, mayor cantidad de

electrones serán capturados pero, en contrapartida, menor iluminación

llegará a la superficie activa, debido a que estos contactos no son transparentes. Por tanto, se debe llegar a un compromiso entre las dos

exigencias. (Energía, 2000)

4.6.6 El módulo fotovoltaico Las células se agrupan en lo que se denomina módulo o panel fotovoltaico,

que no es otra cosa que un conjunto de células conectadas convenientemente, de tal forma que reúnan unas condiciones óptimas

para su integración en sistemas de generación de energía, siendo

compatibles (tanto en tensión como en potencia) con las necesidades y equipos estándares existentes en el mercado.

Normalmente, se habla de paneles de 6 V, 12 V Y 24 V, si bien es cierto

que su tensión está por encima de las mencionadas, oscilando las

potencias producidas entre los 2.5 W y los 180 W. Las células que integran un panel fotovoltaico deben estar comprendidas

en un rango muy estrecho en cuanto a sus parámetros eléctricos, para

evitar las descompensaciones que se producirían en el interior del módulo si unas generaran más corriente que las vecinas. Precisamente por este

motivo son de suma importancia las pruebas finales de las células, dentro

de su proceso de fabricación. El módulo fotovoltaico consta de diversas capas que re cubren a las

células por arriba y por abajo, con el fin de darles una protección

mecánica, a la vez que además las protegen contra los agentes atmosféricos, especialmente el agua, que puede llegar a ser causante de la

oxidación de los contactos, con lo cual las células quedarían inservibles

para la producción de energía. Los módulos fotovoltaicos tienen estructuras y formas muy variadas.

Podríamos hacer una división general diciendo que un módulo puede estar

formado por:

Cubierta exterior

Capa encapsulante anterior

Células fotovoltaicas Capa encapsulante posterior

Protección posterior

Marco soporte Contactos eléctricos de salida

Pág

ina1

27

Fig.77 Proceso de fabricación de un módulo solar.

Una vez que se dispone de las células solares debidamente seleccionadas y agrupadas, se inter conexionan en serie para conseguir una tensión

normalizada y, por tanto, fácil de trabajar con ella.

Generalmente se dispone de un total de 30 a 36 células, número que variará en función del tipo y tensión de cada una.

Dispuesto el circuito eléctrico se depositan, por una parte, el cristal y una

capa de encapsulante, y por la contraria, otra capa de encapsulante y la de

protección posterior. Este conjunto es introducido en un horno especial para su laminación, donde se realizará el vacío para hacer desaparecer

toda bolsa de aire que pueda quedar en el interior. Seguidamente se va

aumentando la temperatura, de tal forma que el encapsulante empiece a fundirse (ya que su punto de fusión es más bajo que el del resto de los

materiales), rodeando totalmente a células y contactos, a la vez que hace

de adhesivo con el cristal y la capa posterior, quedando el conjunto totalmente estanco. Una vez que todas estas capas han formado un bloque

compacto, se aplica el marco soporte mediante goma butílica o silicona,

para permitir sin problemas las dilataciones del conjunto por efecto del calor.

El proceso siguiente consiste en incorporar las bornas de conexión y

realizar las pruebas finales del módulo, que permitirán clasificarlos por

potencias para que, mediante algún código, puedan ser identificadas a la hora de su instalación y, al igual que las células, el conjunto de módulos

presente características comunes que no permitan descompensaciones

entre los grupos serie-paralelo. (Energía, 2000)

Pág

ina1

28

Fig.78 Esquema de la sección del módulo fotovoltaico.

En cuanto a la vida útil de los módulos, la frontera de los 30 años es hoy

en día una realidad.

4.6.7 ACUMULADORES.

Conceptos Generales La misión principal del acumulador dentro de un sistema solar fotovoltaico

consiste en suministrar energía tal y como es demandada por la carga,

independientemente de la producción eléctrica del panel en ese preciso

momento. Cumple, por otra parte, una misión de fiabilidad, ya que también tiene la

función de poder alimentar a la carga durante varios días, cuando la

producción del panel es baja debido a las condiciones meteorológicas adversas.

El acumulador o batería es un dispositivo capaz de transformar una

energía potencial química en energía eléctrica. Se compone esencialmente de dos electrodos sumergidos en un electrolito donde se producen las

reacciones químicas en los procesos de carga o descarga.

La capacidad de un acumulador se mide en amperios-hora (Ah), para un determinado tiempo de descarga, y se define como la cantidad de

electricidad que puede obtenerse durante una descarga completa del

acumulador plenamente cargado, siendo el producto de la intensidad de descarga por el tiempo que ésta actúa.

Al acumulador que ha de ser usado para aplicaciones solares se le debe

exigir el cumplimiento de unas condiciones básicas, como son:

Aceptar todas las corrientes de carga que suministre el panel solar.

Pág

ina1

29

Mantenimiento nulo o mínimo.

Fácil transporte e instalación.

Baja autodescarga. Rendimiento elevado.

Larga vida.

Se encuentran diferentes tipos de baterías en el mercado, pero

fundamentalmente se pueden hacer dos grandes grupos: las de níquel-

cadmio (Ni-Cd) y las de plomo-ácido. Las primeras presentan unas cualidades excepcionales, pero debido a su elevado precio se usan con

menos frecuencia.

Por el contrario, las baterías de plomo-ácido en sus diferentes versiones

son las más usadas para las aplicaciones solares, adaptándose a cualquier corriente de carga. y teniendo un precio razonable.

Carga del acumulador Todas las baterías están compuestas por elementos de 2 V nominales y

una capacidad que dependerá del modelo y tipo de placas utilizadas. Después de su fabricación se venderán comercialmente como elementos

sueltos para interconexionar entre sí, o bien ya conectados y presentados

como un bloque, en tensiones de 12 ó 24 V normalmente.

En un elemento de plomo-ácido la tensión varía según el estado de carga, el peso específico del electrolito y, desde luego, según esté sufriendo una

carga o una descarga. El voltaje de circuito abierto en una batería cargada

es de 2.14 V a 25ºC y el peso específico de electrolito, de 1300. Dado que todas las baterías sufren una auto descarga, necesitan una

pequeña corriente de mantenimiento para conservarlas completamente

cargadas incluso cuando no están trabajando. En la práctica esta corriente es suministrada por el panel, siendo el voltaje de alimentación de unos 0’2

V por encima del voltaje de circuito abierto del elemento acumulador.

En definitiva, se necesita una tensión de flotación de 2.34 V para mantenerla completamente cargada.

Un elemento que ha sido descargado puede llegar a un estado de plena

carga con la tensión mencionada anteriormente, pero tardaría bastante

tiempo. Por lo tanto, para hacer que una batería cargue más rápidamente se necesitará un voltaje de carga mayor, que oscilará entre los 2.60 y 2.65

V/elemento, siendo el tiempo empleado función de la intensidad que se le

pueda proporcionar. Se ha de tener en cuenta que, aproximadamente entre los 2.35 V y los

2.40 V, el elemento acumulador empieza a gasificar. Este hecho no es

demasiado perjudicial en las baterías de placas tubulares (ya que, de lo contrario, podría estratificarse el electrolito y dañar las placas), pero

representa una pérdida de agua que debemos compensar realizando un

mantenimiento periódico.

Pág

ina1

30

También es cierto que no podemos permitir una sobrecarga fuerte en el

acumulador, ya que nos llevaría a una disminución de la vida útil del

mismo, siendo por este motivo por el que se usan diversos dispositivos que anulan o limitan la corriente de carga del panel fotovoltaico, evitando así

una sobrecarga en el acumulador. A estos dispositivos se les denomina

reguladores de carga.

Dimensionado Dado que en la mayoría de las aplicaciones fotovoltaicas va a ser preciso la

utilización del acumulador, éste deberá cumplir unos requisitos básicos

que aseguren el correcto funcionamiento del sistema.

Éstos son:

Garantizar el suministro en las horas en que no existe insolación. Asegurar la estabilidad de la tensión para el buen funcionamiento de

los equipos que alimenta el grupo solar.

Proveer de energía a la carga cuando se presentan días con bajo nivel de radiación.

El acumulador solar difiere de otros tipos de acumuladores básicamente

por las bajas intensidades de descarga. Es normal especificar la capacidad

de un acumulador solar en un tiempo de 100 horas, dado que en muchos casos se habla de autonomías de cinco o

más días. Por tanto, la descarga se produciría en 24 x 5 = 120 h. Por este

motivo precisamente los acumuladores de arranque no prestan buenos servicios en aplicaciones fotovoltaicas, ya que su diseño se ha previsto

para unas descargas fuertes durante corto tiempo y no para descargas

pequeñas en un largo plazo. Fundamentalmente, existen dos tipos de acumuladores idóneos para

aplicaciones solares: los estacionarios de plomo-antimonio (Pb-Sb) y los de

plomo-calcio (Pb-Ca). Los primeros se encuadran dentro del tipo de ciclo

profundo, por lo que deben ser usados en aquellas aplicaciones en que la descarga pueda llegar a límites bajos de una forma obligatoria y, en

general, donde el ciclo diario supere el 15% de la capacidad de la batería.

No obstante, ofrecen un buen funcionamiento en todos los casos, presentan una vida elevada y en algunos modelos se incorpora una gran

reserva de electrolito que hace su mantenimiento menos constante.

Otro tipo de acumulador solar es el constituido por una aleación en las placas de Pb-Ca.

Estos acumuladores presentan en algunos de sus modelos la ventaja de no

tener mantenimiento, hecho que es particularmente importante en aquellas instalaciones remotas o de difícil acceso. A diferencia de los

estacionarios, que se presentan generalmente en elementos de 2 V, los de

Pb-Ca suelen construirse en tipo monobloc de 12 V y con unas

capacidades máximas de 150 Ah (a 100 h), lo que los hacen interesantes

Pág

ina1

31

para pequeñas instalaciones donde el ciclo de descarga diario no supere el

10% y, en emergencias, el 50% como máximo.

Resumiendo, se puede decir que las baterías fotovoltaicas cuya aplicación se destine a descargas profundas deben ser, sin lugar a dudas, del tipo

estacionario, al igual que en aquellos otros casos donde la capacidad sea

elevada, pues si dispusiéramos una gran cantidad de pequeñas baterías disminuiríamos excesivamente la fiabilidad del conjunto. Por el contrario,

si la instalación fotovoltaica es de pequeña dimensión o bien el

mantenimiento es muy difícil, no sólo en el coste sino en facilidades de acceso, la decisión se decantaría hacia las baterías sin mantenimiento,

cuidando siempre de que las descargas no sean excesivamente profundas

para evitar el envejecimiento prematuro del acumulador.

Los datos necesarios para un diseño adecuado del acumulador integrado

en un sistema fotovoltaico serían los siguientes: Tensión de funcionamiento.

Descarga máxima al final de los días de autonomía.

Temperatura media de funcionamiento. Temperatura mínima.

Días consecutivos en los que se pueden producir bajas

temperaturas. Tipo de regulador usado.

Facilidad de acceso de montaje y mantenimiento del acumulador en

el lugar de la instalación.

Acumuladores de gel. Funcionamiento:

A diferencia de las baterías de plomo-ácido, en las que se produce una

pérdida de agua durante el ciclo de carga, en las baterías de gel se recombina el oxígeno liberado por las placas positivas con el hidrógeno, a

través del electrolito, y por reacción electroquímica se convierte en agua.

De esta manera se hace innecesaria la adición de agua durante toda la vida de la batería.

Componentes

Placas positivas Constituidas por una serie de tubos de poliéster, material resistente al ácido y de alta porosidad, que sirven de soporte a una gran cantidad de

materia activa formada por óxido de plomo de esmerada elaboración.

Placas negativas Son del tipo empastado, formadas por una rejilla de aleación de plomo que

sirve de soporte eficaz a la materia activa por su especial diseño. Su

rendimiento es equivalente al de las placas positivas a las que acompaña. Separadores

Pág

ina1

32

Son de plástico micro poroso inalterable a la acción del ácido sulfúrico y de

una elevada porosidad.

Terminales Por su diseño deben de eliminar toda posibilidad de corrosión y garantizar

la absoluta estanqueidad entre el interior y exterior del elemento.

Recipiente y tapa De plástico de alta resistencia a impactos e inalterables al ácido. Deberían

incorporar válvulas de seguridad para facilitar la salida de gases al exterior

en caso de sobrepresión producida por una carga incorrecta. Electrolito

Constituido por una solución de ácido sulfúrico que se presenta en forma

de gel debido a la adición de una sílice especial.

Acumuladores de níquel-cadmio. Los acumuladores de níquel-cadmio (Ni-Cd) o alcalinos se diferencian de

los de plomo fundamentalmente por los cuatro motivos siguientes:

a) Puesto que el acumulador de Ni-Cd tiene una resistencia interna más baja, presenta una disponibilidad muy grande para soportar descargas

elevadas y esto hace que su capacidad pueda ser menor para realizar el

mismo trabajo que un acumulador de plomo. Si en una determinada

aplicación fotovoltaica se necesitase, con batería de plomo, una capacidad de 200 Ah, de los cuales se descargarían 120 Ah (60 %), su equivalente en

Ni-Cd necesitaría una capacidad total de unos 140 Ah, puesto que podría

soportar descargas de hasta el 85 % - 90 % de su capacidad total. b) La tensión por elemento en descarga se mantiene mucho más estable, y

tan sólo al final de la descarga (85 % - 90 %) cae hacia valores más bajos

que el nominal. c) El acumulador de Ni-Cd presenta una vida mucho más larga que los de

plomo, a igualdad de ciclos de trabajo.

d) Puede resistir temperaturas más bajas que el de plomo e incluso la congelación de su electrolito, ya que una vez que éste se deshiele, la

batería podrá trabajar otra vez con normalidad. Como ejemplo, se puede

decir que a una temperatura de -20°C, la capacidad disponible es de175 %, comparada con el 50 % de una de plomo.

La batería de Ni-Cd presenta, además, otras características: Puede

soportar el cortocircuito sin que la batería se deteriore.

También puede soportar la falta de agua de su electrolito, dejando tan sólo de funcionar temporalmente hasta que se le añada. En un acumulador

alcalino el mantenimiento puede llegar a espaciarse hasta diez años si su

construcción y características son las adecuadas. Este hecho, unas incalculables ventajas para la aplicación fotovoltaica en lugares remotos o

difícilmente accesibles.

La auto descarga se sitúa entre el 0’1 % y 0’2 % diario, lo que representa del 3 % al 6 % mensual.

Pág

ina1

33

Otra característica importante es la ausencia de gases corrosivos en la

carga de los acumuladores, hecho que beneficia la inclusión de los mismos

en el armario donde están los equipos electrónicos a los cuales puede alimentar.

La gran desventaja es su precio, que puede suponer hasta tres veces más

que su equivalente en plomo. Composición y funcionamiento de un acumulador de Ni-Cd: La tensión de cada elemento de una batería de Ni-Cd es de 1.2 V

nominales, en vez de los 2 V por elemento de plomo. Según esto, una batería de 12 V nominales

tendrá que estar formada por diez elementos unidos en serie. El proceso

electroquímico de un acumulador de Ni-Cd se basa en la construcción de

una placa positiva, formada por hidróxido de níquel, y una negativa de óxido o hidróxido de cadmio. Estas dos placas se encuentran inmersas en

un electrolito que forma parte del proceso químico como conductor, y que

suele ser una disolución acuosa al 20 % de hidróxido de potasio con otros elementos.

Durante la descarga el oxígeno pasa de la placa positiva a la negativa,

dando lugar a óxido de cadmio. Es durante la carga cuando el oxígeno vuelve a pasar de la placa negativa a la positiva.

El electrolito juega un papel de mero conductor, motivo por el que el

electrolito apenas sufre, todo lo contrario que en las baterías de plomo, no siendo peligroso, ya que no es ácido y además no produce el típico

fenómeno de la sulfatación.

Las materias activas se encuentran en las placas en forma de polvo, contenidas en bolsas de fleje de acero perforado. Las placas positivas y

negativas están separadas de tal forma, que las burbujas de gas que se

desprenden al final de la descarga ascienden libremente a lo largo de la

placa ejerciendo una libre circulación del electrolito, lo que evita la formación de puentes entre las placas, que son la causa de su

cortocircuito. (Energía, 2000)

Pág

ina1

34

Conclusiones.

Louvers. Al ser una persiana exterior que corta el sol o llamada parasol también, constituida por una celosía elaborada en aluminio, un tablero que por sus

características se vuelven los Louvers en un elemento arquitectónico, son

ideales para requerimientos específicos sobre ventilación, iluminación y ahorro de energía.

Se pueden utilizar en un sin número de aplicaciones para el movimiento

de aire, sobre todo como toma y extracción de aire en sistemas de ventilación, así como en cerramientos de fachadas exteriores de los

edificios a la vista del público, patios, terrazas, galerías, marquesinas,

tejados entre otros.

El diseño de los Louvers permite que estos se acomoden con facilidad en aberturas hechas en una gran variedad de revestimientos exteriores de

fachadas en construcciones como edificios de paredes delgadas, muros de

cortina y muros de acero estructural o de mampostería. Con su instalación impiden la molestia de la luz directa del sol, sin impedir

su entrada y permitiendo la circulación del aire, quitar las vistas hacia el

interior del edificio o edificación e impedir la entrada del agua de lluvia.

Los Louvers permiten el cierre de huecos entre muros, el vallado de

jardines, cerrado de huecos para ventilación, ocultar zonas de escaleras y tendederos para ropa. Todas estas aplicaciones en la vivienda residencial.

Tabla. Depreciación/Beneficio Louver.

TIPO Vivienda Residencial

alto nivel.

Vivienda Residencial nivel medio alto.

Vivienda Residencial nivel

medio.

COSTO $4,000,000 + $2,500,000-

$4,000,000

$1,500,000-

$2,500,000

INVERSION $400,000 $325,000 $200,000

Ventilación 18% 16% 12%

Protección

solar

35% 32% 32%

Ahorro energético

36% 38% 41%

Porcentaje anual de la depreciación y uso de la ecotecnias respecto el beneficio y el costo de la vivienda. (Vida útil 10 años). Fuente, desarrollo profesional, encuesta y sondeo.

Pág

ina1

35

Reciclaje de aguas grises y Pluviales. En el mundo, la disponibilidad de los recursos hídricos para el consumo humano y para el sistema económico se encuentra en un estado de

alarma, puesto que conforme avance el tiempo la población aumenta y por

tanto, también la contaminación del agua. Esto significa que la cantidad de agua en la tierra es la misma, pero la disponibilidad de agua limpia

disminuye, tanto para consumo humano común para el equilibrio de los

ecosistemas. Ante tal panorama, es necesario atender esto con seriedad y

prontitud. En el caso de México, la contaminación, el desperdicio y la falta de

aprovechamiento son algunos aspectos que reflejan la deficiente gestión

del agua en el país. Para ello debe de haber una gestión urbana sustentable del agua, así se le

llama la aplicación de gestión integral de los recursos hídricos a las

ciudades el, por ejemplo, para el centro de investigación de desarrollo global (GDRC, Global Development Research Center) esto es un proceso de

planificación participativa e implementación con una base científica sólida,

la reúna las partes interesadas para determinar cómo satisfacer a largo plazo las necesidades de agua, manteniendo los servicios ecológicos

esenciales y los beneficios económicos.

a) A urbano del urbano:

Mejoramiento de las redes de suministro de agua.

Restauración de red de colectores.

Aprovechamiento de las aguas pluviales rodadas.

b) A nivel vivienda:

Tecnologías de uso eficiente del agua.

Reúso de aguas negras.

Reúso de aguas grises.

Captación de agua de lluvia.

Al proyectar los sistemas hidrosanitarios debe tomarse en cuenta la

gestión urbana sustentable del agua para evitar el daño del medio ambiente y, a la vez, aprovechar de manera integral los recursos hídricos

desde la edificación, logrando impactos positivos a nivel urbano.

Por ejemplo, si una vivienda implementa un sistema de ahorro, disminuye la explotación de las fuentes superficiales y subterráneas; si capta agua de

lluvia, reduce la demanda de agua potable y el volumen de agua arrojado a

la red de colectores, y sí trata las aguas servidas, desciende el caudal que

se conduce a las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Pág

ina1

36

Techos verdes. La inversión del techo ajardinado. Los techos verdes presentan una serie de beneficios, tanto para el usuario directo del mismo como para la

comunidad en General, entre ellos, los beneficios económicos.

Los estudios realizados por nuestra empresa, evidenciaron grados muy importantes de aislamiento térmico lo que conlleva al ahorro en el

consumo de energía. Esto es lo que permite catalogar los como indicadores

de tecnologías más limpias. De cualquier manera, no podemos desconocer

que la inclusión de un techo verde en las construcciones, presenta un costo inicial que irá recuperándose con el transcurso del tiempo y es por

eso que las exoneraciones fiscales son un aliciente.

El punto es que los beneficios de los techos verdes a la comunidad podrán percibirse notoriamente, con acciones a gran escala y así como el

crecimiento desmedido y las áreas que en un momento actuaban como

pulmones, terminan desvirtuándose o siendo insuficientes. El mismo Niemeyer acotada que Brasilia está sufriendo los efectos de un

desarrollo y sostenía que las ciudades no debían crecer indefinidamente

sino que debían fundarse nuevos centros urbanos.

En la ciudad de México, por ejemplo, así como se monitorear y pronostica

el estado del tiempo, también se realiza para la calidad del aire de forma a

prevenir a la población, clasificando la calidad del mismo cada día. En la ciudad autónoma de Buenos Aires se estableció una ley que dicta un

descuento de hasta 20% en los impuestos para alumbrado, barrido y

limpieza a las propiedades que implementen techos verdes. También da ciertas pautas para su construcción, estableciendo espesores

máximos permitidos, cálculos de resistencia de las losas a recibir dicha

solución y regulando su funcionamiento relación a los predios vecinos. La política podría incluso ser más amplia los próximos meses, ya que en

marzo se enviará a la legislatura un proyecto de ley para que la

construcción de terrazas verdes sea obligatorio en todos los edificios que se hagan a futuro en los barrios que tengan más densidad de población,

afirma el ministro de desarrollo urbano de la ciudad.

Beneficios de los techos ajardinados. Reducen el consumo de energía por calefacción y AA

Prolongar la vida útil de la impermeabilización. Revalorizar la propiedad, la actualiza, sumará un aria de uso confortable y

estética.

Mejora la calidad de vida de los usuarios, redundando en un mayor rendimiento laboral, en las áreas de trabajo.

Contribuye a equilibrar el clima y la humedad del propio espacio y de las

áreas circundantes, mientras aumenta la biodiversidad.

Absorbe CO2 y partículas de polvo y genera O2.

Pág

ina1

37

Acústicos: se han realizado estudios que demuestran la disminución de las

frecuencias altas y el ruido del tránsito debido a la absorción y la

reducción de la reflexión.

Aplicación de ECOTECNIAS en viviendas residenciales.

Fig.81 Paneles solares, Fotovoltaicos para energía eléctrica en la Vivienda Residencial

Fam. Urquiza James en el fraccionamiento; El Campanario, Santiago de Querétaro, Qro.

Localizacion de la Vivienda Urquiza James

Pág

ina1

38

Fig.82 Paneles Fotovoltaicos para energía eléctrica; instalados para vivienda residencial Fam. Alcocer Hernández en Juriquilla, Querétaro.

Fig.83 Paneles Fotovoltaicos para generar energía eléctrica instalados en la vivienda residencial Fam. Fernández Yáñez el Fraccionamiento el Campanario.

Pág

ina1

39

Fig.84 Paneles para generar energía eléctrica, instalados en la vivienda residencial Fam. Morelos Zaragoza # 1 CCQ, Club campestre y de golf Querétaro.

Fig.85 Ubicación vivienda residencia Fam. Morelos Zaragoza

Pág

ina1

40

Para colocar los paneles fotovoltaicos en estas obras, lo primero fue conocer la cantidad de energía requerida por los usuarios, dividir entre 5

el promedio de Kwh que gasta al día, las horas en que más se aprovecha

el sol es de 10 a 3. Multiplicamos la anterior cifra por 1.43 para restar las perdidas promedio del sistema.

Con este procedimiento pudimos saber las medidas de los paneles en

términos de Kilo Watts.

Fig.86 Paneles fotovoltaicos para generar energía eléctrica; instalados en sistema Isla, Hacienda Chichimequillas, Querétaro.

Localización Rancho Fam. Roiz

Pág

ina1

41

Con la formula anterior para un consumo de 20 KWH/ dia, el tamaño del

sistema que necesitas es de 5.7 KW.

Fig.87 Paneles Fotovoltaicos solares para generar energía eléctrica; instalados en la vivienda residencial Fam. González Basaldúa el CCQ, Club Campestre y de Golf Querétaro.

Localización de la vivienda Residencial Fam. González Basaldúa.

Pág

ina1

42

Fig.88 Paneles Fotovoltaicos para generar energía eléctrica; instalados en la vivienda residencial Fam. González Quintana el municipio de Corregidora, fraccionamiento Huertas del Carmen.

Ubicación Fam. González Quintana.

Pág

ina1

43

Fig.91 Calentadores solares para piscina en Plenus Sport, Querétaro.

Al instalar un sistema para calentamiento de agua en una alberca primero

buscamos y observamos detenidamente su ubicación; es decir si la

instalación se lleva a cabo en el hemisferio norte, los paneles deben orientarse hacia el sur, si no, oeste o este (nunca hacia el norte) y a un

ángulo de 45º o menos. Si la instalación es en el hemisferio sur, se

procede al contrario.

Después determinamos el número óptimo de cajas necesarias. La

siguiente guía de ayuda rápida nos asistió a establecer el número de cajas de paneles solares necesarias para su piscina. Se deben usar el número

más bajo si la instalación tiene una ubicación optima (punto anterior, que

hemisferio), o el número más alto si la ubicación no es óptima. Una regla

común para determinar la superficie de paneles solares requeridos es de cubrir entre 50% y 75% de la superficie de la piscina en área equivalente

de paneles solares. Las piscinas bajo techo o cubiertas requieren una

cobertura del 100%.

Hay que usar las siguientes tablas:

Pág

ina1

44

Piscinas empotradas Area de la superficie 1 x 8 1 x 10 1 x 12

12 x 24 288 18 - 27 14-22 12-18

14 x 28 392 25 - 37 20-29 16-25 15 x 30 450 28 - 42 23-34 19-28

16 x 32 512 32 - 48 26-38 21-32

18 x 36 648 41 - 61 32-49 27-41 20 x 40 800 50 - 75 40-60 33-50

Piscinas por encima del nivel de la tierra

15' Redonda 177 12 - 17 12-13 12

18' Redonda 254 16 - 24 13-19 12-16

21' Redonda 346 22 - 32 17-26 14-22 24' Redonda 452 28 - 42 23-34 19-28

27' Redonda 572 36 - 54 29-43 24-36

12' x 24' Ovalada 257 16 - 24 13-19 11-16

14' x 28' Ovalada 350 22 - 33 17-26 15-22

continuación Area de la superficie 1 x 8 1 x 10 1 x 12

15' x 30' Ovalada 402 25 - 38 20-30 17-25

16' x 32' Ovalada 457 28 - 43 23-34 19-28

18' x 33' Ovalada 524 33 - 50 26-40 22-33

Tamaño del panel Numero de cajas por banco 4’ x 8’ (AAA074-8) 7 - 9

1’ x 8’ (AAA086-8) 28 - 36

4’ x 10’ (AAA074-10) 6 - 8 1’ x 10’ (AAA086-10) 24 - 32

4’ x 12’ (AAA074-12) 5 - 7

1’ x 12’ (AAA086-12) 20 - 28 Otros tamaños Consulte con EnerWorks

Pág

ina1

45

Fig.92 Sistema para reciclar el agua en el Plenus Sport Alberca.

Fig.93 Calentamiento solar mediante calentadores en la alberca del Plenus Sport.

Pág

ina1

46

Ubicación de la alberca o piscina Plenus.

Fig.94 Sistema para reciclaje de agua 5000 lt UNAM Campus Juriquilla, Querétaro.

Pág

ina1

47

Fig.95 Calentamiento solar para agua UNAM Campus Juriquilla 5000lt

Fig.96 Paneles Fotovoltaicos Solares para generar energía eléctrica en Residencial

Campestre Jurica, Santiago de Querétaro, Querétaro.

Pág

ina1

48

Fig.97 Paneles para generar energía eléctrica en vivienda media residencial Puerta Real,

municipio de Corregidora.

Fig.99 Ubicación del Fraccionamiento Puerta Real, Municipio de Corregidora, El Pueblito.

Pág

ina1

49

ANEXO

Como adquirir un equipo solar. La compra de un sistema de energía solar para calentamiento de agua es

una decisión muy importante para el consumidor, por ello es necesario

hacer una buena comparación de los sistemas que se ofrecen mercado. Existen muchos fabricantes, distribuidores y firmas de ingeniería del

ramo, por esta razón la selección del sistema requiere mucha atención y

cuidado. Antes de contratar a un fabricante o a un instalador, es necesario conocer

el principio básico de funcionamiento del sistema, lo que puede hacerse

con esta misma investigación en el capítulo; Calentadores Solares de manera General o al acudir a una biblioteca o a un centro de información

especializado en el tema.

Cuando haya comprendido los principios básicos de la operación de un sistema de calentamiento solar de agua, usted estará en condiciones de

comparar los diferentes equipos propuestos.

Examine la experiencia del instalador solicitando información a algunos de

sus clientes o a las oficinas de los organismos que regulan la relación entre el fabricante, instalador o prestador de servicios y el consumidor, para

saber si existe un antecedente de deficiencia en la calidad del equipo o

servicio. Compare los productos de las diferentes empresas; un sistema debe estar diseñado para durar por lo menos días años si los materiales de

construcción son de buena calidad.

Sin embargo, algunos de los componentes deben reemplazarse o tal vez necesiten algún tipo de mantenimiento preventivo en forma periódica. El

captador solar es la parte más costosa del sistema por eso usted debe

estar seguro de que está fabricado con materiales durables. Existen algunas empresas que ofrecen información muy importante como:

la capacidad de calentamiento, un sello de certificación otorgado por una

oficina gubernamental cuyas pruebas fueron realizadas por un laboratorio

con reconocimiento nacional, y una ficha detallada de información técnica.

La capacidad de calentamiento o Relación de conversión térmica. Este parámetro permite conocer la producción total diaria de energía

térmica en kilocalorías o en kilojoules, así como la producción de calor diaria por metro cuadrado de captador solar. Mientras más alto sea este

valor, mejor es el diseño térmico del sistema solar, lo que significa que se

requerirán menos metros cuadrados de área de captación para calentar el mismo volumen de agua.

Para determinar la capacidad energía en términos de dinero invertido en la

selección del equipo solar, utilice las kilocalorías o kilojoules por un día, divida lo entre el costo total del sistema instalado y después multiplica el

resultado por el número de captadores solares.

Pág

ina1

50

Algunos fabricantes reportan la capacidad de calentamiento en volúmenes

de agua caliente producidos en un día a diferentes niveles de temperatura:

30, 40 y 60°C, de acuerdo con las diferentes épocas del año. Se sugiere que la comparación entre sistemas de calentamiento solar se

realice una vez que el consumidor cuente con varias cotizaciones de

diferentes vendedores.

Un sello de certificación otorgado por una oficina gubernamental, cuyas

pruebas fueron realizadas por un laboratorio de reconocimiento nacional o internacional.

En términos generales, se requiere que los fabricantes de equipo solar

pongan una etiqueta, marbete en donde se indique que el captador buen

sistema solar ha sido certificado por algún laboratorio de normalización o unidad de verificación con reconocimiento por parte de un organismo

gubernamental y por la asociación local, nacional o internacional de

fabricantes de equipo solar. Para estos se han establecido protocolos de pruebas en donde forman parte de una norma nacional o internacional

con carácter voluntario u obligatorio. Los comités de normalización están

formados generalmente por representantes del gremio, de instituciones de educación superior y por las autoridades encargadas de su aprobación,

implementación y vigilancia.

En la mayoría de los protocolos se determina la eficiencia instantánea de conversión, definida como la relación entre la cantidad energía obtenida en

el captador con relación a la cantidad de energía solar que incide sobre el

mismo. Para fines de comparación, la prueba se realiza quince minutos antes y quince después del medio día solar y se hace pasar un

determinado flujo constante de agua, se mide la temperatura a la entrada

(constante) y a la salida del captador. Después de un análisis estadístico

de los resultados, se construyó una curva o una recta que relaciona la eficiencia instantánea en función de la diferencia de temperaturas

alcanzada y la radiación solar incidente. La pendiente de esta recta

representa las pérdidas de calor y su intersección con el eje vertical la eficiencia óptica, que es el producto del porcentaje de trasmisión de la

Para la interpretación de esta curva se requiere conocimiento muy amplio

sobre el comportamiento de los sistemas Solares, sino lo tiene, se sugiere

consultar a un especialista. Como ejemplo, para una mejor comprensión sobre el manejo de estas

curvas o rectas, en la figura siguiente se puede observar que existen dos

rectas correspondientes a dos diferentes captadores, A y B

respectivamente (es común establecer una recta para cada captador). En esta figura se puede apreciar la pendiente de la curva del captador A esta

más pronunciada que la pendiente correspondiente al captador solar B. Lo

anterior significa este último es más eficiente que el captador A, es decir, de las pérdidas térmicas del captador A son mayores, por tanto, es menos

Pág

ina1

51

eficiente cuando se opera a la misma temperatura. Entre menor sea la

pendiente de la curva, el captador solar es más eficiente para un nivel de

temperatura mayor. En este tipo de representación lineal, como se mencionó, el Valor de la pendiente corresponde al del coeficiente de

pérdidas de calor, el cual es independiente de la temperatura para el

dominio de operación del captador solar.

Fig.79 En la figura se muestran las rectas, características de la eficiencia instantánea de

dos captadores solares diferentes A y B, en función de la diferencia de temperatura de agua fría al captador y la temperatura del aire, y de la radiación solar incidente.

La interpretación y aplicabilidad de esta información es compleja y difícilmente el consumidor la podrá utilizar como medida de comparación

como criterio para la adquisición del equipo.

En la mayoría de los casos requerirá asesoría de un especialista que muchas veces no está disponible en su localidad.

A pesar de que la eficiencia instantánea nos permite comparar diferentes

captadores, cuando se integran a un SCSA, el comportamiento difiere, en primer lugar porque las condiciones de funcionamiento son diferentes y

porque las variaciones en la intensidad de la radiación solar cambian

durante el día, mes al año.

La eficiencia instantánea (máxima) se determina en las mejores condiciones, es decir, cuando el sol está en su máxima altura; sin

embargo, la eficiencia diaria incluye todas las contribuciones de la

Pág

ina1

52

radiación, por lo que se debe esperar que la eficiencia diaria de un SCSA

sea menor que la instantánea de un captador.

Con base en lo anterior, hay que exigir, como un consumidor, la eficiencia diaria del sistema durante diferentes periodos del año y bajo las

especificaciones de protocolos integrados en una norma, de esta forma se

garantiza lo resultados obtenidos. En algunos casos, en particular en los programas gubernamentales de

promoción para el uso masivo de los SCSA, se establecen en las

convocatorias una serie de especificaciones a cumplir por los fabricantes, los distribuidores y los equipos Solares; sólo así pueden concursar y ser

seleccionados para el desarrollo de los programas. En esta ocasión no se

trata de someterse a una normatividad, sino de cumplir con un número de

requisitos específicos debido a la aplicación de ciertos protocolos de pruebas. En este caso se trata de ofrecer un dictamen de idoneidad técnica

(DIT) sobre los SCSA con la finalidad de que sean considerados en el

programa específico.

Una ficha de información técnica detallada.

Cada captador solar, certificado o no, deberá incluir una ficha técnica que contenga la información detallada sobre cada uno de ellos, como el nombre

dirección del fabricante, de lo el número de serie, así como

preferentemente los siguientes datos: longitud, ancho, profundidad, haría de colección, área frontal de cubiertas, capacidad volumétrica de agua,

flujo de agua recomendado, máxima presión de operación, máxima carga

por viento, número de cubiertas, dirección del flujo y el número de tubos, entre otros. Deberá especificar además, los materiales de construcción de

la caja, de la cubierta, del absorbedor y su recubrimiento, así como del

aislamiento térmico y de los ellos utilizados, hiciese el caso las pruebas de

eficiencia térmica aplicadas, integrando las ecuaciones de eficiencias correspondientes, así como otras pruebas realizadas como podrían ser: el

modificador del ángulo de incidencia, la temperatura de estancamiento y la

constante de tiempo. Se podría incluir la capacidad de calentamiento en kilocalorías o kilojoules

día a baja temperatura (35°C), la temperatura intermedia (50°C) y a alta

temperatura (100°C). También es importante que el fabricante proporcione un diagrama

esquemático de la instalación del sistema.

El bajo costo puede ser un factor engañoso en la decisión de compra de un equipo solar, a la larga un equipo más eficiente (más costoso) es más

barato debido a que dura más y su eficiencia es mayor, asimismo requiere

una superficie menor que otro de menor costo. Por lo General, el costo de

la instalación representa entre 25 a 35% del costo del equipo solar.

Pág

ina1

53

Fig.80 Instalación de un calentador solar elaborado, no es del tipo comercial, ubicado en el Fraccionamiento Residencial Alhambra, Santiago de Querétaro, Querétaro.

Volumen de agua a calentar.

Existe una relación entre la capacidad de calentamiento (volumen de agua) y el área del captador solar. Para un área determinada, si aumentamos el

volumen, la temperatura de funcionamiento disminuirá, y así lo

disminuimos, aumentará. Según algunas estadísticas hechas a diferentes

SCSA se tiene una relación de 60 a 100 litros por metro cuadrado de superficie de captación, lo anterior para una temperatura de operación de

45°C. De esta forma podemos, de una manera muy General, estimar el

volumen de agua disponible por cada unidad de superficie del captador. En el siguiente cuadro se nos permite seleccionar el calentador solar más

adecuado para aplicaciones sanitarias domésticas, como la ducha, la

cocina y el lavado de ropa, en función del volumen de agua caliente disponible en litros el área del captador solar en metros cuadrados.

Volumen del

termotanque (litros)

Área del

colector m²

Duchas Ducha y

cocina

Ducha,

cocina y lavadora

150 1.75-1.95 3 personas 2 personas 1 persona

200 1.80-2.10 4 personas 3 personas 2 personas

300 3.60-4.10 6 personas 5 personas 3 personas Cuadro para la selección del SCSA en función de la producción de agua para uso doméstico.

Nota: se recomienda la instalación de regaderas ahorradores de agua para

un máximo aprovechamiento de su calentador solar.

Pág

ina1

54

BIBLIOGRAFÍA.

Alberich, M. L. (27 de Enero de 2003). Criterios Arquitectonicos

Ambientales. Diplomado internacional; Acercamiento a Criterios

Arquitectónicos Ambientales. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México:

Universidad Autónoma de Chiapas.

Alberich, M. L. (2003). Estrategias Bioclimáticas en la Arquitectura.

Diplomado internacional "Acercamiento a Criterios Arquitectónicos

Ambientales" (págs. 1-40). Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México:

Universidad Politécnica de Cataluña.

Blanco, J. L. (2011). La casa ecologica; como construirla. México D. F.:

Trillas.

Energía, D. G. (2000). Instalaciones Fotovoltáicas. Islas Canarias, España:

Consejeria de Industria, Comercio y Nuevas Tecnologías.

Espíndola, J. A. (2014). Sistemas de agua sustentables en las ciudades.

México D.F.: Trillas.

Estrella, V. (13 de Agosto de 2015). Nicho, vivienda media-residencial. El

Economista.

Figueroa, I. P. (2013). Sistemas de Calentamiento Solar de Agua. México

D.F.: Trillas.

Grupo Namm, S. d. (01 de abril de 2006). Mundo hvacr. Obtenido de NAMM ventilación funcional

+ ingeniería creativa: http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2006/04/diseno-

aplicacion-y-uso-en-louvers-de-instalacion/

Lacomba, R. (2012). Las casas vivas . México D.F.: Trillas.

López, V. M. (2008). Sustentabilidad y Desarrollo Sustentable. México D. F.: Trillas .

Luckett, K. (2009). Green Roof Construction and Maintenance. United States of America: Mc Graw

Hill.

Manuel Rodríguez Viqueira, A. F. (2001). Introducción a la Arquitectura Bioclimática. México D.F.:

Limusa, Noriega Editores.

María Silvina Soto, Lorena Barbaro, María Andrea Coviella y Santiago Stancanelli. (2005). Catálogo

de plantas para techos verdes. Buenos Aires: JICA Instituto de Floricultura.

Pág

ina1

55

Márquez, M. (01 de Septiembre de 2015). En 2015, Querétaro rebasará los dos millones de

habitantes: COESPO. am de Querétaro.

Puppo, E. (1999). Sol y diseño. México D.F.: Alfaomega .

Ríos, V. G. (1988). espacios exteriores. Xochimilco, México: Universidad Autónoma Metropolitana

Xochimilco.

Rosas, S. (5 de Mayo de 2015). Querétaro, con rezago de 30% en vivienda de interés social. El

Financiero, Bajío.

SEMARNAT. (6 de Agosto de 2010). INECC Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático.

Obtenido de INECC Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático:

http://vivienda.inecc.gob.mx/

Vélez, R. (2007). La ecología en el diseño arquitectónico. México D.F.: Trillas.

Viqueira, M. R. (2001). Introducción a la Arquitectura Bioclimática. México D.F.: Editorial Limusa.