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DISEÑO DE UN COMPONENTE CONSTRUCTIVO PARA CERRAMIENTOS EXTERIORES DE ALTA RESISTENCIA TÉRMICA Y BAJA CAPACIDAD CALORÍFICA

Esp. Arq. Perozo de Romero, María Esperanza. mariae.perozo@gmail.com

Maracaibo, Diciembre de 2012 1


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DEDICATORIA

A Dios, La Virgen y los Ángeles, quienes siempre están a mi lado, ayudándome en todo lo que emprendo. A

mi

esposo

por

su

gran

apoyo,

compañero y mejor amigo. A mis hijos por su comprensión. A mis padres por hacer de mi lo que soy.

3

mi


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Perozo de Romero, ME. (2010) Diseño de un componente constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica. Trabajo de Ascenso LUZ. Universidad del Zulia. Facultad de Arquitectura y Diseño. Maracaibo. Venezuela.

RESUMEN

La presente investigación tuvo como objetivo el diseñar un componente constructivo para la fabricación de cerramientos exteriores en las edificaciones, de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica, cuyas características térmicas contribuyan a alcanzar condiciones de confort, con un mínimo de consumo energético. Para el cálculo de las propiedades térmicas se utilizó un software denominado “Transmitançia”, versión 1.0, y como complemento de la investigación, se utilizó otro software denominado “Antesol – 06”, por medio del cual se pudo analizar el flujo de calor en cerramientos con cualquier composición constructiva, considerando rigurosamente las condiciones ambientales exteriores e interiores, especialmente el soleamiento y la irradiación infrarroja. En cuanto a los resultados, los componentes constructivos con parte concreto y poliestireno, son los que tienen mayor resistencia térmica, mientras que entre los componentes constructivos de menor resistencia térmica se encuentran los denominados adobes. Además de la Resistencia Térmica, la Capacidad Térmica, también están los valores de Transmitancia Térmica, Factor Solar y Retardo Térmico, correspondientes a cada uno de los componentes constructivos analizados, las posibles combinaciones y el diseñado como resultado de la presente investigación. Palabras clave: Componente Constructivo, Cerramientos Exteriores, Alta Resistencia Térmica, Baja Capacidad Calorífica.

mariae.perozo@gmail.com

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Perozo de Romero, ME. (2010) Design of a constructive component for external partition wall of high resistance thermal and low heating capacity. Work of Ascent LUZ. Universidad del Zulia. Facultad de Arquitectura y DiseĂąo. Maracaibo. Venezuela.

ABSTRACT

The present investigation has as aim design a constructive component for the manufacture of exterior closings in the buildings, of high thermal resistance and low calorific capacity, which thermal characteristics help to reach conditions of comfort, with a minimum of energetic consumption. For the calculation of the thermal properties there was in use a software named "Transmitançia", version 1.0, and as complement of the investigation, there was in use another software called " Antesol - 06 ", by means of which it was possible to analyze the heat flow in closings with any constructive composition, considering rigorously the environmental exterior and interior conditions, specially the sunning and the infrared irradiation. As for the results, the constructive components with concrete report and polystyrene, are those who have major thermal resistance, whereas between the constructive components of minor thermal resistance they find the adobes called. Besides the Thermal Resistance, the Thermal Capacity, also there are Transmitancia TÊrmica's values, Solar Factor and Thermal Delay, correspondents to each of the constructive analyzed components, the possible combinations and the designed one as result of the present investigation. Key words: Constructive Component, External wall, High Resistance Thermal, Low Heating Capacity. mariae.perozo@gmail.com

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INDICE DE CONTENIDO Pág. RESUMEN ................................................................................................................... 5 ABSTRACT .................................................................................................................. 7 INDICE DE CONTENIDO……………………………………………………………………. 9 INDICE DE TABLAS .................................................................................................... 10 INDICE DE GRÁFICOS …………………………………………………………………….. 10 CAPÍTULO I. EL PROBLEMA Planteamiento del Problema Formulación del Problema Objetivos de la Investigación Objetivos Generales Objetivos Específicos Justificación de la Investigación Delimitación

13 13 17 17 17 17 18 20

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO Antecedentes del Estudio Fundamentación Teórica Normativas y Aspectos Legales Definición de Términos Básicos Operacionalización de la Variable

21 21 29 37 42 55

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO Tipo de Investigación Diseño de la Investigación Unidad de Análisis o Sujetos de la Investigación Técnica de Recolección de Datos Técnica para el Análisis de los Datos Procedimiento Plan de Análisis de los Datos

57 57 58 59 67 67 68 69

CAPITULO IV. RESULTADOS Análisis e Interpretación de los Resultados Discusión de los Resultados

71 71 101

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

103 105 107 9


INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1. Dimensiones de los bloques de concreto

40

Tabla 2. Espesores mínimos para Bloque tipo A

40

Tabla 3. Espesores mínimos para Bloque tipo B

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Tabla 4. Resistencia a la compresión

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Tabla 5. Propiedades térmicas de componentes constructivos utilizados en Maracaibo

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Tabla 6. Propiedades térmicas de componentes constructivos

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INDICE DE GRÁFICOS Pág. Gráfico Nº 1. Comparación del consumo de electricidad en Venezuela y otros países en Latinoamérica

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Gráfico Nº 2. Comparación del consumo de electricidad en el estado Zulia y otros estados de Venezuela

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Gráfico Nº 3. Paredes recomendadas para clima cálido húmedo

28

Gráfico Nº 4. Temperatura de bulbo

33

Gráfico Nº 5. Carta Bioclimática de los hermanos Olgyay

34

Gráfico Nº 6. Eco Bloque

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Gráfico Nº 7. Sección de panel simple de M2

65

Gráfico Nº 8. Capacidad Térmica de los componentes constructivos actuales

75

Gráfico Nº 9. Resistencia Térmica de los componentes constructivos actuales

77

Gráfico Nº 10. Capacidad Térmica de los posibles materiales formas y combinaciones

83

Gráfico Nº 11. Resistencia Térmica de los posibles materiales formas y combinaciones

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Gráfico Nº 12. Temperaturas diarias de una sección de cerramiento

87

Gráfico Nº 13. Planos del Bloque C P – 10

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Gráfico Nº 14. Planos, Planta, Fachada y Corte Bloques C P – 10 trabados

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Gráfico Nº 15. Isometría de bloques trabados

93

Gráfico Nº 16 Planos de bloque P – 10 (solo poliestireno)

95

Gráfico Nº 17 Planos acotados Bloque P – 10 (solo poliestireno)

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Gráfico Nº 18 Planos Isométricos Bloque C P – 10

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CAPÍTULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema Muchas disciplinas involucran a su labor profesional un compromiso con el medio ambiente; la arquitectura no ha sido ajena a esta tendencia mundial y hoy en día muchas personas relacionadas con la industria de la construcción a nivel mundial, integran una labor ambientalista en su trabajo. Para ellos está claro que optimizar el comportamiento ambiental de un edificio o un proyecto urbanístico, implica balancear el consumo energético durante la vida útil del proyecto con el monto de la inversión necesaria para edificarlo. En muchas partes del planeta la energía es barata y en otros la tecnología de última generación es muy costosa y para que un proyecto sea ambientalmente sano y económicamente sensato, es necesario hacer un balance entre las especificaciones técnicas del proyecto, los consumos energéticos ocasionados por su funcionamiento y los factores climáticos y ambientales del sitio para el cual se proyecta. Desde tiempos inmemorables la humanidad intuitivamente ha construido espacios para satisfacer sus necesidades de cobijo; igual que cualquier otro animal del planeta, el ser humano aprendió a protegerse del medio ambiente para sobrevivir. A pesar de todo ese tiempo pasado, no es sino hasta el siglo pasado cuando se formula una “nueva“rama del conocimiento científico cuyo tema de estudio es la relación de los nuevos refugios con el medio ambiente. El nombre dado a este antiquísimo tema es arquitectura bioclimática y últimamente arquitectura de alta calidad ambiental. Estas tendencias de búsqueda del confort, toman en cuenta factores ambientales y climatológicos, la tecnología constructiva utilizada en el proyecto para la reducción del ahorro energético,

además debe lograr espacios interiores y exteriores síquica y

fisiológicamente más confortables. Si bien el arquitecto debe atender requerimientos de diversa índole, muchas veces de difícil conciliación, el edificio y la ciudad continúan siendo un pilar fundamental de la arquitectura. 13


Al mismo tiempo, numerosas disciplinas convergen en la arquitectura bioclimática y es por ello que temas como la ergonomía, la acústica, el soleamiento, la ventilación e iluminación natural, el estudio de los materiales de construcción y su comportamiento ante el calor son el tipo de conceptos que confrontados con los factores climáticos, las condiciones medio ambientales, las tradiciones culturales, el conocimiento de los materiales y arquitectura, típicos de una región, ayudan a proponer edificaciones acordes con las características del lugar, útiles y confortables a sus ocupantes y mucho mas coherentes desde el punto de vista energético comparándolas con una edificación convencional. Estudios realizados por la Compañía Eléctrica de Venezuela (ENELVEN), 2001, tal como podemos verlo en los gráficos Nº 1 y 2, han demostrado como un venezolano utiliza anualmente 2 veces más electricidad que un colombiano, 2,5 veces más que un brasileño y 4 veces más que un chileno. Venezuela ocupa la sexta posición mundial en consumo eléctrico per capita. Como complemento el Estado Zulia tiene el más alto consumo de electricidad de uso domestico del país, las condiciones climáticas urbanas y los hábitos de consumo de la población son parte de los factores incidentes en este alto consumo de electricidad en el Estado. Gráfico Nº 1. Comparación del consumo de electricidad en Venezuela y otros países en Latinoamérica.

Comisión para el mejoramiento de la calidad térmica de las edificaciones y el espacio urbano. Recomendaciones para mejorar la calidad térmica de las edificaciones. (2001) 14


Gráfico Nº 2. Comparación del consumo de electricidad en el estado Zulia y otros estados de Venezuela.

Comisión para el mejoramiento de la calidad térmica de las edificaciones y el espacio urbano, Recomendaciones para mejorar la calidad térmica de las edificaciones. (2001) A todo esto, la principal fuente de calor que recibe una edificación es la energía térmica producida por el sol, la cual luego de ser absorbida por los cerramientos exteriores, una parte de ella es transmitida a su interior por conducción y una parte es reirradiada hacia el ambiente exterior y otras edificaciones. Todo esto hace que la información climática sea importante para poder establecer criterios de diseño en las edificaciones que permitan adaptarlas al clima local, generando niveles de confort térmico en su Interior. Las variables climáticas que más afectan el bienestar térmico del hombre son la humedad y la temperatura. Venezuela por su ubicación geográfica tiene un clima ecuatorial, el cual es característico de las regiones de latitudes bajas, localizadas fundamentalmente entre los 10º N y 10º S. Los datos suministrados por las estaciones meteorológicas de Caujarito, ubicada en la Base de la Fuerza Aérea Venezolana y la de La Universidad del Zulia, en el área urbana, ubicada en el Instituto de Investigaciones de la Facultad de Arquitectura y Diseño de LUZ, indican que en Maracaibo la humedad y la temperatura son altas y constantes a lo largo del año, la media del mes más frío supera los 18 ºC, y la media anual se sitúa por encima de los 25 ºC. Las precipitaciones anuales 15


sobrepasan los 1.500 mm e incluso, en algunas áreas, los 3.000 milímetros. La duración del día y de la noche es muy similar. Por último, el clima de la región zuliana con temperaturas medias anuales entre 27ºC y 28ºC y una humedad variable entre 50 % y 75 % durante todo el año, han contribuido a que la población buscando mejorar la calidad térmica de los ambientes use intensamente el aire acondicionado. El 76 % del consumo residencial corresponde a la energía utilizada por los equipos de aire acondicionado y el 45 % de los clientes residenciales tiene por lo menos un aire acondicionado. ENELVEN, 2001. Si bien es cierto, la radiación solar, la temperatura exterior y la ventilación natural son factores climáticos fuera del control del arquitecto, sus efectos sobre el interior de la edificación si son responsabilidad del mismo; sin embargo, una adecuada selección del material para la envolvente de una edificación es fundamental para reducir el impacto de

incidencia de la radiación solar y la temperatura exterior sobre la

envolvente, de manera que esta funcione como filtro para reducir el flujo de calor a través del material al interior de la edificación. En este orden de ideas, el uso adecuado de los materiales y los detalles de diseño, sin duda alguna, son formas de controlar el efecto climático sobre la edificación. Las propiedades termofísicas afectan la tasa de transferencia de calor hacia el interior o exterior de una edificación y por lo tanto las condiciones térmicas internas y el confort de sus ocupantes. El conocimiento de los materiales de construcción y su correcta selección, desde el punto de vista térmico, resulta de gran importancia cuando se busca reducir el consumo de energía en los edificios enfriados por medios mecánicos. Ahora bien, ello resulta indispensable cuando se trata de obtener condiciones de confort térmico por medios pasivos o naturales en el interior de las edificaciones. Por lo tanto, el desarrollo de un componente constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica, resolvería parte del problema de transferencia térmica del exterior al interior, la otra parte queda por ser resuelto con el diseño de las ventanas, además facilitaría la construcción de las

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paredes exteriores, puesto que no sería necesario utilizar varias capas de materiales constructivos, como se hace actualmente, con el uso de bloques y materiales aislantes, sino que estaría todo en un solo componente constructivo, lo cual puede representar un ahorro significativo en cuanto a tiempo y mano de obra se refiere, influyendo esto en consecuencia en el costo total de la obra. Formulación del problema. En este orden de ideas la investigación se plantea las siguientes preguntas: ¿Cómo se puede diseñar cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica? ¿Con que tipo de componente constructivo se podría obtener este resultado? Objetivos de la investigación Objetivo general: Diseñar un componente constructivo que pueda ser utilizado para la fabricación de cerramientos exteriores en las edificaciones, de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica, cuyas características térmicas contribuyan a alcanzar condiciones de confort con un mínimo consumo energético. Objetivos específicos: Analizar la transferencia térmica de algunos de los elementos constructivos más representativos utilizados tradicionalmente en la construcción de cerramientos exteriores en la región zuliana. Evaluar comparativamente el comportamiento térmico de los diferentes elementos constructivos analizados en términos de transmitancia, retardo térmico y flujo de calor. Establecer posibles materiales, formas y combinaciones para la construcción del elemento constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica.

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Diseñar el componente constructivo de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica. Justificación de la investigación El diseño de un componente constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica sería un excelente elemento de construcción para contribuir a obtener el confort en el interior de las edificaciones en climas cálidos húmedos, donde la radiación solar representa la principal fuente de energía calorífica que reciben las edificaciones y la transmiten al interior de las mismas. La presente investigación dará resultados de gran beneficio en la industria de la construcción, ya que simplificará el proceso de elaboración de los cerramientos exteriores de las edificaciones. Hasta el presente, cuando se ha deseado disminuir el problema de transferencia térmica del exterior al interior, se han construido cerramientos con varias capas de materiales y a veces hasta incluyendo un material aislante térmico entre ellas, tal como lo expresan González, Hinz, De Oteiza y Quiroz, Proyecto Clima y Arquitectura, (1986), p 124.El hecho de contar con un componente constructivo cuyas características contribuyan a reducir la ganancia de calor y el almacenamiento del mismo, sin lugar a dudas será altamente beneficioso en cuanto al ahorro energético de refiere, facilitará el proceso constructivo y representará un ahorro significativo, influyendo esto en consecuencia en el costo total de la obra. El diseño de los componentes constructivos de una edificación requiere, no sólo de consideraciones estéticas, estructurales o económicas, entre otras, sino también de consideraciones térmicas.

Las características termo-físicas de los

materiales a utilizar para el logro de condiciones de confort o para disminuir la carga térmica en climas cálidos-húmedos, deben ser decididas en el contexto micro climático y en función del modo de ocupación de la edificación.

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De igual manera, en un local, la temperatura interior resulta del equilibrio entre los aportes y las pérdidas de calor en el mismo. En ausencia de un sistema de climatización, la evolución de la temperatura interna depende, en buena medida, de los flujos de calor que por conducción son transferidos a través de los cerramientos opacos (techo, paredes y piso). La conductividad térmica y el calor específico volumétrico de los materiales, además de las características superficiales de los cerramientos, determinan la ganancia de calor en el interior del recinto a través de ellos. En este orden de ideas, fue necesario utilizar una metodología con programas existentes válidos y confiables, la cual permitió evaluar y comparar el comportamiento térmico de los diferentes materiales y combinaciones, existentes o no, con el objeto de poder diseñar y comprobar los resultados del comportamiento térmico del cerramiento exterior diseñado y propuesto como objetivo de la presente investigación, antes de llegar a la etapa de fabricación del mismo. Ahora bien, el presente estudio será un aporte para futuras investigaciones sobre temas relacionados con el cálculo de la transmisión de calor, las temperaturas estimadas y flujos de calor estimados en cerramientos exteriores soleados, tanto para paredes como techos, y los parámetros de mayor influencia que deben ser contemplados en cuanto a reducir la ganancia y almacenamiento del mismo.

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Delimitación de la Investigación Esta investigación está centrada en el área del conocimiento de la Ingeniería y la Arquitectura y dentro de estas como área específica, el área de la construcción de paredes. Las paredes en edificaciones bajas reciben la incidencia de la radiación solar en menor grado que los techos. Sin embargo en el caso de las edificaciones en altura, las paredes adquieren gran importancia climática. En una edificación en altura la proporción de calor que entra por las paredes se incrementa considerablemente ya que estas se convierten en la superficie de mayor extensión. Perozo, 2007. Por lo anteriormente expuesto, se delimitó la presente investigación al diseño y elaboración de un elemento constructivo para paredes soleadas, con las condiciones climáticas de Maracaibo, es importante acotar que el componente constructivo diseñado cumple con la Norma Venezolana COVENIN 42-82, para Bloque huecos de Concreto. El estudio se inició en Mayo 2006 y culminó en Abril 2007.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Efectuada una revisión documental relacionada con diversos estudios realizados sobre el desarrollo de componentes constructivos para cerramientos exteriores, los materiales, las técnicas utilizadas y las normativas existentes al respecto, se puede indicar, que se han aplicado diversas metodologías, producto de los avances científicos y tecnológicos en el campo de La Ingeniería y La Arquitectura. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO En esta parte del capítulo se presentan estudios realizados sobre temas relacionados con la envolvente de las edificaciones como principal barrera frente a los factores climáticos, sus características, composición y la transferencia térmica de los materiales utilizados en la construcción de la misma, así como también, programas de aplicación en el diseño de los componentes constructivos de dichas envolventes, todo esto debido a la importancia que tienen en la contribución del control ambiental y en la búsqueda del confort térmico. Entre las investigaciones consultadas, Águila (2003), en su artículo, Técnica de producción de componentes de concreto y anime para viviendas, propuso una técnica artesanal para conformar y montar elementos prefabricados en obra o en pequeñas plantas, donde se emplea una técnica no tradicional de elaboración de panales portantes, vigas y losas. Los elementos propuestos estaban constituidos por concreto, de agregado fino, aligerado con bloques de poliestireno expandido colocado en su interior, lo que contribuye al confort térmico y acústico de los espacios, además de estar protegido del fuego y de otros agentes externos dañinos. Se observa también, la forma de producción muy sencilla y económica, no requiere mano de obra calificada, por lo cual resulta adecuada para la conformación de pequeños talleres de obra e incluso para su apropiación por pequeñas empresas o

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comunidades organizadas que no sólo puedan auto construir sus viviendas, sino también lo puedan hacer de manera progresiva. Como complemento, el autor, propuso unos paneles modulados para paredes, techos y vigas, los cuales no sólo cumplirán la función de envolvente y aislante térmico, sino además serán capaces de soportar cargas, absorber esfuerzos y transmitirlas al terreno y a los demás elementos componentes del sistema constructivo propuesto. De acuerdo, a lo expresado por el autor en el trabajo anterior, se aprecia como está más enfocado a la parte de resistencia estructural para la construcción de viviendas que a la parte de resistencia térmica en sí. Tampoco aborda el problema de los edificios. Sin embargo, es muy notorio el uso cada vez más generalizado de poliestireno expandido, buscando la reducción de la carga térmica y como consecuencia el ahorro de energía de las edificaciones, así como el uso de una modulación basada en los vanos de puertas, ventanas y las alturas libres necesarias, por lo cual aporta unas pautas dignas de tomar en cuenta a la hora de desarrollar un componente constructivo para cerramientos exteriores. Por su parte, Pérez (2003) en su trabajo titulado: “Diseño Bioclimático de Vivienda. Resultados de una Simulación Térmica Paramétrica.”, analiza la importancia que tiene la simulación térmica computarizada como herramienta moderna para el diseño bioclimático, la cual sin duda ofrece la posibilidad de evaluar el confort ambiental interior durante la etapa de proyección, así como también, introduce una valiosa ventaja en la práctica, cuestión

hasta ahora, imposible con los métodos

tradicionales disponibles anteriormente, esto sólo era posible una vez terminada la construcción. En síntesis, el estudio se realizó utilizando el programa DEROB.LTH, Versión 96.01, el cual fue desarrollado originalmente por el Laboratorio de Simulación Numérica de la Universidad de Texas, en una versión desarrollada por el Departamento de Ciencias de la Construcción del Instituto Tecnológico de Lund, Suecia.

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Además, permite conocer la temperatura operativa, que es una temperatura equivalente resultante de la temperatura del aire y la radiación de onda larga de las superficies interiores y que permite, evaluar en la etapa de proyecto el confort interior, lo cual anteriormente sólo podía hacerse en edificios construidos. Este programa brinda la posibilidad de variar de forma simple y rápida los parámetros de diseño (materiales, elementos constructivos, orientación, dimensiones, tipos de vidrios, de ventanas, color de las superficies, entre otros) y tomar decisiones para lograr un diseño energéticamente eficiente y con ambientes interiores funcionales. Atendiendo a estas consideraciones, en los casos de edificios y locales con climatización artificial resulta de gran utilidad su uso, ya que permite racionalizar el consumo de energía por ese concepto. Con respecto a los materiales y elementos constructivos empleados en el modelo fueron los siguientes: Hormigón, densidad: 2300 kg/m3, calor específico: 0.24 Wh/kgK , conductividad térmica: 1.7 W/mK: y Poliestireno expandido, densidad: 30 kg/m3, específico: 0.26

Wh/kgK, conductividad térmica: 1.7

W/mK7, para los

acabados de las superficies exteriores, se empleó el color blanco en todas, con un coeficiente de absorción a=0.3. En líneas generales, se puede afirmar que la utilización de programas confirma las ventajas de poder experimentar con materiales, espesores, acabados, en el diseño de los componentes constructivos para cerramientos exteriores, sin incurrir en los gastos de fabricación como tal, para su posterior evaluación. El trabajo anterior, además propone una composición de materiales para un clima parecido al de Maracaibo, como es el da la Isla de Cuba, la cual fue considerada entre las posibilidades experimentadas en la presente investigación. Dentro del conjunto de documentos revisados, se encontró el resumen de la Conferencia internacional sobre Confort y Comportamiento Térmico de Edificaciones, COTEDI 2000, donde los temas tratados, son de relevancia en la presente

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investigación, por lo tanto, están contemplados algunos de ellos, dentro de los antecedentes y otros dentro de las bases teóricas. En este orden de ideas, Monroy (COTEDI 2000) p.363, con el objeto de calcular las temperaturas y flujos de calor generados en cualquier cerramiento durante un ciclo diario, cuando es sometido a condiciones ambientales reales, presenta un programa de simulación, “ANTESOL-06”, como resultado de su tesis doctoral, “COMPORTAMIENTO TERMICO DE CERRAMIENTOS SOLEADOS: un modelo de simulación por diferencias finitas”, el cual es una aplicación informática para Windows, y se utiliza para analizar los flujos de calor en cerramientos con cualquier inclinación y composición constructiva, considerando rigurosamente las condiciones ambientales exteriores e interiores, especialmente el soleamiento y la irradiación infrarroja. En efecto, el proceso de simulación muestra la historia diaria del comportamiento térmico del cerramiento: temperaturas de las superficies y de cada punto del interior del cerramiento, los diferentes flujos de intercambio de calor entre las superficies del cerramiento y el entorno, y los flujos de conducción y acumulación de calor en cada punto del interior del cerramiento. Sin duda, el programa es una aplicación técnica dirigida a arquitectos, ingenieros y físicos, para cuantificar las cargas térmicas y optimizar el diseño bioclimático de cerramientos de edificios en climas cálidos y soleados. Los resultados obtenidos son las temperaturas y flujos de calor generados durante un ciclo diario, por lo cual su utilización es una excelente herramienta de diseño de cerramientos, permitiendo optimizar la resistencia e inercia térmica de fachadas y cubiertas. En síntesis, el estudio realizado por el autor

y la aplicación del programa

“ANTESOL-06” en la presente investigación, representó una ayuda desde el punto de vista práctico, puesto que se pudo analizar, evaluar y comparar los resultados del comportamiento térmicos de los componentes constructivos utilizados en Maracaibo, 24


así como también el diseño del componente constructivo propuesto como objetivo, sin necesidad de llegar a la fabricación de cada una de las posibles soluciones de diseño. Como complemento, Machado (COTEDI 2000), en

la ponencia: Formulando

recomendaciones de diseño para edificaciones basadas en la proporción de ganancia de calor en climas cálidos húmedos,

cuyo principal objetivo fue mostrar el

procedimiento para la elaboración de un manual de recomendaciones térmicas, basado en el estudio de las proporciones de flujo de calor que intervienen en las ganancias y pérdidas de calor de edificios en climas cálidos húmedos. Para la realización del estudio del comportamiento térmico se diseñó un edificio mono-espacial aislado de 48 m2 de superficie y para la evaluación térmica se utilizó la tabla para el cálculo de temperaturas interiores ( Neila y Bedoya, 1997) la cual permitió la visualización de los flujos energéticos al mismo tiempo que mostró los valores horarios de temperaturas interiores. Ésta a su vez fue alimentada de insumos provenientes del programa computarizado CODYBA (Brau, et alt, 1987) y de la hoja de cálculo de irradiación sobre superficies con cualquier orientación e inclinación. Los flujos energéticos que se consideraron para establecer la influencia basándose en proporción fueron: a) flujo de calor por conducción en muros, cubiertas, suelos y ventanas; b) flujo de calor por convección natural y ventilación higiénica; c) flujo de calor por radiación de onda corta a través de elementos vidriados; d) flujo de calor por radiación de onda larga en todos los elementos y

e) flujos de calor

provenientes del interior (equipos y usuarios) Con referencia a las evaluaciones térmicas, se realizaron,

utilizando datos

meteorológicos de la estación ubicada en el Instituto de Investigaciones de la Facultad de Arquitectura, LUZ, correspondientes a los meses de Enero y Agosto del año 1997. Los resultados de las simulaciones térmicas demostraron que se hace necesario diversificar las recomendaciones de diseño bioclimático de acuerdo a los flujos energéticos que predominan en el comportamiento térmico del edificio. 25


Después de obtenidos los resultados se elaboraron algunas recomendaciones de diseño basadas en la modificación de la envolvente, dichas recomendaciones fueron parte de las conclusiones de la investigación, dadas con respecto a edificios livianos, mixtos y pesados, así como también, en relación a las ganancias y pérdidas de calor de acuerdo a los criterios de ventilación utilizadas en cada edificación. Las conclusiones derivadas de la investigación indicaron cómo en edificios abiertos las 24 horas, la mayor proporción del flujo de calor es producto de los intercambios de aire entre interior y exterior; por consiguiente, el elemento sobre el que se deben enfocar las recomendaciones es hacia la disminución del flujo de calor producto de la temperatura del aire que ingresa al edificio. Así mismo, en edificios livianos y pesados cerrados durante el día y abiertos durante la noche, las proporciones entre el flujo de calor por conducción y convección están muy cercanas; por consiguiente, las estrategias deben dirigirse hacia los materiales de la envolvente y al tratamiento del aire exterior; y en edificios cerrados durante las 24 horas del día, las mayores proporciones del flujo de calor son producto del flujo de calor por conducción seguidas por el flujo de calor por radiación, las estrategias se basarán en la disminución del calor por medio de aislamiento resistivo, capacitativo y/o reflexivo y la protección solar de las aberturas. La anterior investigación, expresó la importancia del aislamiento resistivo en la disminución de la transferencia térmica por conducción, convección y radiación en ambientes cerrados las 24 horas, y acondicionados artificialmente, lo cual es fue tomado en cuenta, entre otras cosas, a la hora del diseño del componente constructivo objeto de la presente investigación, por ser esas las condiciones en las edificaciones con acondicionamiento climático en la ciudad de Maracaibo, así como también se observó, la importancia de la envolvente en ambientes con acondicionamiento pasivo. Se señalaron además unos parámetros y la metodología utilizada para la realización de las mediciones, los cuales sirvieron de ejemplo para la presente investigación.

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En este sentido, González, Hinz, Oteiza y Quirós (1986), en el estudio titulado Proyecto clima y arquitectura, refiriéndose a la envolvente de los edificios, los autores se refieren a las paredes exteriores como los cerramientos fijos de la edificación sobre las cuales hay una incidencia solar oblicua, en relación a los planos verticales, durante todo el año. La investigación fue de tipo documental en la cual se recabó, procesó y analizó información, tras la evaluación de las condiciones climáticas de once lugares de la región zuliana, que abarcó cuatro secciones: Bienestar térmico y análisis bioclimático; Recomendaciones de Diseño para clima cálido y húmedo; Sistemas pasivos de enfriamiento y Diagramas solares y su aplicación en la analítica y el diseño arquitectónico. Entre las ideas expuestas en esta investigación, los autores afirman que en las paredes a la sombra

no es necesario el aislamiento térmico, a diferencia de las

paredes expuestas a la radiación solar, las cuales si necesitan un buen aislamiento térmico para reducir la ganancia de calor hacia el interior, lo cual redundaría en el confort y la reducción en el consumo de energía. Por último, los autores hacen unas recomendaciones sobre los materiales a utilizar para paredes tomando en cuenta las propiedades térmicas de los materiales, tales como absortividad y emisividad, las cuales influyen en el comportamiento térmico del edificio y pueden ayudar a reducir la carga térmica. Además, recomiendan que en zonas donde el cambio diario de temperatura sea de 6 a 8 ºC, la construcción debe poseer 300 Kg de materiales pesados, como concreto o mampostería, por metro cúbico de edificación, Valor “U” máximo 2.8 w/m2ºC, Factor Solar máximo 4% y tiempo de transmisión térmica máximo 3 horas, tal es el caso de Venezuela, ubicada en una latitud de 10º Norte, por lo cual se tiene un clima tropical durante todo el año. De esta manera, las recomendaciones dadas por los autores sobre cómo deben ser los cerramientos exteriores en las edificaciones de clima cálido húmedo para lograr temperaturas de confort en el interior de las mismas, sugieren cinco tipos de envolventes: (a) Pared de bloque de arcilla hueca, con un mínimo de 40% de oquedad.

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Superficie exterior pintada de blanco o de color crema; (b) Cualquier material en láminas. Cavidad. Cualquier material en láminas. Superficie exterior pintada de blanco o crema. (c) Cualquier material en láminas. Cavidad de 25 mm. Pared de arcilla de bloques macizos. Máximo 100 mm. Superficie exterior pintada de blanco, crema, amarillo o rojo claro; (d) Cualquier material en láminas. Cavidad de 25 mm. Cualquier bloque hueco. Superficie exterior pintada de blanco, crema, amarillo o rojo claro; (e) Cualquier bloque hueco. Poliestireno expandido, 25 mm. Cualquier bloque hueco. Superficie exterior cualquiera. (p. 122) Gráfico Nº 3. Paredes recomendadas para clima cálido húmedo

Fuente: González, E. Linz, E. De Oteiza, P. Quiroz, C. (1986). Proyecto clima y arquitectura. México. G G. p 124 El anterior trabajo representa un aporte muy importante para la presente investigación, ya que trata precisamente el tema de las paredes exteriores como envolvente de las edificaciones desde el punto de vista de la calidad

térmica,

utilizadas para rechazar parte de la radiación solar incidente en ellas, dicho enfoque es tanto en materiales como en diseño sí de las mismas.

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Como se puede apreciar, la adecuada selección del material para la envolvente de una edificación es fundamental para reducir el impacto de incidencia de la radiación solar y la temperatura exterior sobre la misma, de manera tal que esta funcione como filtro para reducir el flujo de calor a través del material al interior de la edificación, razón por la cual, se tiene el interés de desarrollar un componente constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica. Perozo, 2006. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA La fundamentación teórica de esta investigación, se construyó mediante el análisis crítico relacionado con el contexto de la Especialización en Construcción de Obras Civiles, (Mención Edificios), para luego presentar algunos enfoques teóricos relacionados con el desarrollo de un componente constructivo para cerramientos exteriores de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica. Propiedades Térmicas Dentro de las propiedades térmicas de los materiales se encuentran la Capacidad Calorífica, el calor específico, la Inercia, la transferencia y la resistencia térmica, entre otras. En cuanto a la capacidad calorífica y la inercia térmica, Sigaut, Klnoblauch, (2001), los define en función de la cantidad de calor capaz de acumular y al tiempo de pérdida del mismo, de este modo, si a un cuerpo se le aporta calor, este eleva su temperatura. Si se hace lentamente se dice: “tiene mucha capacidad calorífica”, puesto que es capaz de almacenar mucho calor por cada grado centígrado de temperatura. Así mismo, define al calor específico de un material (en Kcal/KgºC) como la cantidad de calor necesaria para elevarle la temperatura en 1 ºC a 1 Kg de masa. Esta "resistencia" de la temperatura a reaccionar inmediatamente a los aportes de calor es lo que se llama inercia térmica. Así como en física, inercia es la capacidad que poseen los cuerpos de oponerse a ser sacados de su estado de reposo o de movimiento, en cuanto a temperatura se refiere, inercia es la capacidad de oponerse a ser calentado. Este es un concepto importante en las viviendas bioclimáticas: si tienen poca inercia térmica, reaccionarán rápidamente a la radiación solar, calentándose 29


pronto, durante el día, pero también por la noche se enfrían más rápido: el retardo entre los aportes de calor y la temperatura alcanzada es pequeño. En cambio, en viviendas con gran inercia térmica, la radiación solar no provocará una subida rápida de la temperatura de la casa, porque el calor se está almacenando, y posteriormente se libera lentamente por la noche, por lo que no se producirá una disminución brusca de temperatura; además, las variaciones de temperatura se amortiguan, no alcanzando valores tan extremos. Entonces, la inercia térmica en una vivienda lleva aparejado dos fenómenos: el de retardo (de la temperatura interior respecto a la temperatura exterior), y el de amortiguación (la variación interior de temperatura no es tan grande como la variación exterior). Con respecto a las formas de transmisión de calor, Sigaut, Klnoblauch, (2001), plantean la importancia de tenerlas presente para comprender el comportamiento térmico de una casa, puesto que microscópicamente, el calor es un estado de agitación molecular que se transmite de unos cuerpos a otros de tres formas diferentes: Así, en

la conducción el calor se transmite a través de la masa del propio

cuerpo. La facilidad con que el calor atraviesa un material lo define como conductor o como aislante térmico. Ejemplos de buenos conductores son los metales, y de buenos aislantes, los plásticos, las maderas y el aire. Este es el fenómeno por el cual las viviendas pierden calor en invierno a través de las paredes, lo cual se puede reducir colocando un material aislante. El coeficiente de conducción térmica de un material es una medida de su capacidad para conducir el calor. Por otra parte, si se considera un material fluido (en estado líquido o gaseoso), el calor, además de transmitirse a través del material por conducción, puede ser transportado por el propio movimiento del fluido, llamado transmisión de calor por convección, de esta manera la convección puede ser un movimiento del fluido de forma natural, por la diferencia de temperaturas (aire caliente sube, aire frío baja), es una convección natural, y si el movimiento lo produce algún otro fenómeno (ventilador, viento), la convección es forzada.

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Aunado

a

este

fenómeno,

además,

todo

material

emite

radiación

electromagnética, cuya intensidad depende de la temperatura a la que se encuentre, por ejemplo, la radiación infrarroja provoca una sensación de calor inmediata, el sol, por ejemplo, aporta energía exclusivamente por radiación, la cual puede ser directa, cuando viene directamente del sol,

difusa aquella recibida de la atmósfera como

consecuencia de la dispersión de parte de la radiación del sol en la misma y la radiación reflejada, como su propio nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. En líneas generales, existen tres tipos de flujos de calor en una edificación: conducción, radiación y convección, a través de los cuales se pueden generar ganancias o pérdidas de calor en el edificio dependiendo directa o indirectamente de la radiación solar; en cuanto a las ganancias internas, es la temperatura externa uno de los factores que más afecta éstos intercambios térmicos. La afirmación anterior, es corroborada por la Comisión para el mejoramiento de la calidad térmica de las edificaciones y el espacio urbano (2001), donde se señala en el capitulo destinado al Edificio y su intercambio con el exterior, como la principal fuente de calor que recibe una edificación es la energía térmica producida por el sol, la cual luego de ser absorbida por los cerramientos exteriores, una parte es transmitida a su interior y una parte es reirradiada hacia el ambiente exterior y otras edificaciones. Por otra parte, el edificio pierde calor a través de la ventilación natural y por irradiación nocturna. El balance térmico ocurre cuando perdidas y ganancias térmicas son iguales. En líneas generales, los mecanismos de intercambios térmicos del edificio con el ambiente se establecen a través de tres procesos: conducción, convección y radiación. En cuanto a la conducción, esta se realiza a través de sólidos en contacto directo. El intercambio por conducción en la edificación se realiza hacia adentro o hacia fuera a través de las superficies opacas de la edificación. La proporción de calor transferido depende del material con que están construidas las paredes, ventanas y techos. 31


Con respecto a la Convección, esta se realiza por el intercambio de aire. El intercambio de calor por convección entre el interior de una edificación y el aire exterior, depende de la ventilación, puede deberse a una filtración de aire involuntaria o a una ventilación deliberada, bien sea natural o forzada a través de medios mecánicos. Por último, la radiación solar, es la mayor fuente de calentamiento de la envolvente de las edificaciones en climas cálidos y no requiere de un medio específico para la transferencia de calor. La radiación solar afecta a las edificaciones de dos formas; por una parte la radiación penetra a través de ventanas y aberturas, siendo absorbida por las superficies interiores e irradiadas y por otra parte causa calentamiento de las superficies externas del material, la cual es parcialmente emitida hacia el interior y el exterior. De igual manera, la misma comisión, establece como en una vivienda de un solo piso, el 41 % del calor penetra por las ventanas, el 33 % por el techo y el 5 % por las paredes, el resto proviene de iluminación y equipos, infiltraciones y personas. En una edificación en altura la proporción de calor que entra por las paredes se incrementa considerablemente ya que estas se convierten en la superficie de mayor extensión. En este sentido, Sigaut, Klnoblauch, (2001), expresa la importancia de considerar el Microclima y la ubicación de una edificación, para lograr un diseño bioclimático, el cual también está influenciado por su ubicación geográfica, el primer estudio tiene que dedicarse a las condiciones climáticas de la región y, después, a las condiciones microclimáticas de la ubicación concreta, por ello la importancia de establecer la limitación geográfica del presente estudio a la Ciudad de Maracaibo. En este orden de ideas, La Roche y Liggett, COTEDI (2000),p 60, definen dos estrategias para cada uno de los tres tipos de flujo de calor anteriormente mencionados, como son conducción, convección y radiación. En cuanto a las estrategias de conducción, el autor propone: bloquear el flujo de calor dependiendo de:

32


Si T ext. < 15 ºC la envolvente debe bloquear las pérdidas del calor del edificio Si T ext. > 29 ºC la envolvente debe bloquear las ganancias del calor al edificio Para T ext. > 15 ºC y T ext. < 29 C es indiferente si se bloquean los flujos de calor por conducción y no es necesario aplicar las de conducción. (T ext. es la temperatura de bulbo seco del aire) (p. 60) Por otra parte, el autor expresa “Para bloquear la conducción”: El edificio debe ser compacto, opaco y aislado,

propone incrementar la resistencia térmica de las

fachadas, utilizar materiales aislantes y/o cámaras de aire en las paredes, techos y pisos. La temperatura exterior tomada en todos los casos es la temperatura de bulbo seco del aire. Gráfico Nº 4. Temperatura de bulbo seco

Proyecto Clima y Arquitectura, Hinz, González, Oteiza y Quiroz, 1986, p 69.

33


Gráfico Nº 5. Carta Bioclimática de los hermanos Olgyay

Proyecto Clima y Arquitectura, Hinz, González, Oteiza y Quiroz, 1986, p 73

En cuanto a las estrategias de convección, propone incrementar la convección o evitar la convección dependiendo de la temperatura exterior, para ello establece como límites, los siguientes valores: para temperaturas exteriores entre 21 ºC y 32 ºC, el edificio debe ser permeable al viento, si la temperatura exterior es menor a 21 ºC o mayor a 32 ºC (90 ºF), el edificio debe bloquear los flujos del calor por convección.

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Por último, con respecto a las estrategias de radiación, La Roche y Liggett (2000) propone, incrementar la radiación o bloquear la radiación, dependiendo nuevamente de la temperatura exterior y en esta oportunidad establece como límite 21 ºC, si la temperatura exterior es menor a 21 ºC se deben incrementar las ganancias de calor por radiación, pero si la temperatura exterior del edificio es mayor o igual a 21 ºC, el edificio debe bloquear las ganancias del calor por radiación. Aunque los fenómenos de transferencia de calor son muy complicados y dependen de muchos otros factores, el confort es mucho más que sólo la temperatura de Bulbo Seco del aire. Sin embargo, de acuerdo a los requerimientos, la zona de confort utilizada como punto de referencia para las diferentes estrategias está definida por Mitjà. (1991) entre 21 y 26 ºC (70-80ºF) con un central de 24 ºC (75 ºF). Por su parte, Allard, Hobaica, Belarbi, COTEDI (2000), exponen una síntesis de las características relevantes tanto del clima de Venezuela como de los fenómenos que intervienen en el intercambio de calor entre la edificación y el ambiente. Al respecto comentan como en Venezuela, siendo exportadora de energía y alcanzando un desarrollo relevante en la industria de la construcción, existe poca comprensión sobre los fenómenos térmicos y el comportamiento de la edificación con relación al clima exterior, trayendo como resultado. “construcciones generalmente poco confortables desde el punto de vista bioclimático, o de un bienestar obtenido a costa de sistemas de enfriamiento de alto consumo energético y por lo tanto económicamente restringidos”. (p. 99) La afirmación anterior, hace reflexionar sobre los acontecimientos actuales con la reactivación de la industrial de la construcción en Venezuela, el aumento sustancial del costo de la energía, la utilización de nuevos materiales para la construcción, así como la creación de nuevas tecnologías constructivas y un hecho muy importante y es que las características climáticas siguen siendo las mismas del año 2000. Todo lo antes expuesto, hace pensar en la palabra

“habitabilidad”, término

definido

por

“Habitability Research Group” Nasa (1998) como: “La medida, del grado con el cual un

35


ambiente determinado promueve el bienestar, la productividad y el comportamiento deseado en cierta situación de sus ocupantes”. Con respecto a la obtención de ambientes internos acondicionados por medios naturales o pasivos Allard, Hobaica, Belarbi (2000) manifestaron cómo ese acondicionamiento depende en gran medida del tratamiento dado a la envolvente de la edificación, tarea que debe abordarse desde la etapa de diseño. La envoltura, intermediaria entre el ambiente exterior y el interior es un elemento esencial por su capacidad de actuar como filtro y mitigar los efectos desfavorables del ambiente exterior. Con referencia a la envolvente de la edificación anotaron que constituye un elemento capaz de interferir en el curso de la radiación solar, el viento, la humedad y la lluvia, la temperatura, etc. y cuantitativamente, su efecto sobre las condiciones internas depende de su naturaleza, sus dimensiones y propiedades termofísicas. En edificaciones expuestas al clima del trópico las ganancias o aportes de calor sensible al interior de la edificación proviene fundamentalmente de la radiación solar, penetrando a través de elementos opacos y/o traslucidos y a través de las aberturas. Igualmente, la relación entre el flujo calorífico y la repartición de la temperatura al interior de la edificación responde a un conjunto de fenómenos termofísicos. A tal efecto, las propiedades de materiales y/o componentes que afecten el intercambio de calor entre el interior y exterior de las edificaciones, condicionando el flujo de calor y el confort interno son: las características de las superficies con relación a la radiación; factores de reflexión, absorción y emisión; el coeficiente de convección de las superficies; la conductividad, resistencia y conductancia térmica; la transparencia a radiaciones de distinta longitud de onda y la capacidad calorífica. No obstante, frente al problema del confort térmico cohabitan actitudes diferentes. Por una parte, aquellos que buscan la adaptación o integración con las condiciones existentes, logrando resultados la mayoría de las veces a pequeña escala. Por otra parte, los que pregonan el aislamiento con respecto al exterior, creando un microclima modificado basado en acondicionamiento mecánico, el cual se diferencia al 36


máximo del clima natural. En cualquier de los dos casos, actualmente muchas razones contribuyen a despertar en países como Venezuela el interés de explotar alternativas constructivas de manera de lograr la climatización de los espacios a bajo consumo energético. Por su parte los países industrializados pioneros en la reducción del consumo energético, han desarrollado un número importante de técnicas pasivas e híbridas cuya característica es una integración estrecha con la dinámica de la envoltura de la edificación. En virtud de lo antes expresado se hace importante destacar la necesidad de sensibilizar a los participantes del proceso de diseño y construcción, así como a los usuarios respecto al tema del confort y la racionalización energética. Normativas o Aspectos legales Con el objeto de lograr la reducción del consumo de energía eléctrica por el uso de equipos de aire acondicionado y la disminución de la contaminación ambiental, se ha elaborado en el Municipio Maracaibo la ”Ordenanza sobre calidad térmica de edificaciones en el Municipio Maracaibo”, de carácter obligatorio para edificaciones nuevas o ampliaciones de las existentes, la cual exige que las condiciones de diseño y construcción de la envolvente de las edificaciones, cumplan con los límites del Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG) de techo y paredes establecidos para el Municipio Maracaibo, mediante la aplicación de un método de cálculo predeterminado. Aspectos más relevantes. Es el primer instrumento legal elaborado en el país, relacionado con la calidad térmica de edificaciones y el confort de sus ocupantes. Establece límites para la transferencia de calor a través de las superficies exteriores de la edificación, los cuales pueden ser alcanzados sin coartar la creatividad en el diseño, los límites establecidos consideran las características del clima local y de los sistemas y materiales constructivos utilizados en el Municipio. Incluye un programa computacional denominado PROCATED, el cual facilita la evaluación de la edificación. 37


Alcances. En líneas generales, los alcances para la aplicación de la Ordenanza son las nuevas edificaciones y remodelaciones de edificaciones existentes, de igual manera, es aplicable a edificaciones para uso residencial, comercial, educativo, recreativo, turístico y asistencial, en toda el área comprendida dentro del Municipio Maracaibo. Para la elaboración de la Ordenanza se revisaron normas nacionales e internacionales, dentro de las cuales se destacan: a nivel local, la Ordenanza de Zonificación de la Ciudad de Maracaibo; a nivel nacional, la Norma Sanitaria para Edificaciones, y se pudo constatar, coincidiendo con trabajos realizados por otros autores (Siem y Sosa; 2000), que no existe ningún requerimiento vinculado ni a la eficiencia energética ni a la calidad térmica de las edificaciones. Asimismo, se estudiaron varias normativas internacionales, seleccionándose algunas correspondientes a localidades con condiciones climáticas similares a las de Maracaibo, tales como, el Código de Edificaciones de Pakistán (1990), Código de Edificaciones de Jamaica (1994), el Código de Eficiencia Energética para la Construcción de Edificaciones del Estado de Florida (1998) y el ASHRAE/IES Standard 90.1-1989, en este último poniendo especial atención en aquellos requerimientos establecidos para ciudades como San Juan de Puerto Rico y Guantánamo. En esta revisión pudo observarse que, en general, los mencionados códigos regulan todos los sistemas de la edificación relacionados con el consumo de energía, tales como, iluminación, distribución y potencia eléctrica, sistemas de ventilación y aire acondicionado, sistemas y equipamientos auxiliares, equipos de calentamiento, equipos y sistemas de servicio de agua caliente. Con excepción del Código de Florida, las normativas fueron establecidas de aplicación opcional y forman parte de un proceso de educación y adaptación para la elaboración en el futuro de un instrumento legal de carácter obligatorio. La norma ASHRAE 90.1-1989, muestra las pautas para el diseño de edificaciones energéticamente eficientes, sirviendo como referencia para la mayoría de 38


los códigos revisados. Tanto en los códigos como en el estándar se establecen diferentes métodos para verificar el cumplimiento de la normativa. Los más importantes son los denominados Método Preestablecido y Método de Comportamiento Térmico del Sistema. En el primero, la evaluación se realiza a través de tablas que contienen paquetes de alternativas de construcción de la envolvente, presentando los requerimientos que deben satisfacer las paredes y techos. El segundo método, requiere un programa de cálculo, con modelos matemáticos, para permitir mayor flexibilidad en la evaluación de diseños de edificaciones o envolventes más complejas. La determinación de la ganancia térmica a través de las superficies exteriores se realiza mediante la introducción de datos característicos de la envolvente de la edificación a evaluar. Para elaborar las tablas del método preestablecido, se requiere el desarrollo de este programa. El método de cálculo seleccionado para la Ordenanza es el Método de Comportamiento Térmico, el cual se basa en la determinación del Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG) de paredes y techos, siguiendo básicamente la metodología propuesta por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (“American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers”), contenida en la versión 1997 del “ASHRAE/IES Standard 90.1-1989”. El VTTG de una edificación depende de su orientación, el tipo de configuración constructiva de la porción opaca, el tipo de ventanaje y el tipo de protecciones solares externas. A diferencia de otros, este método, involucra en sus ecuaciones el cálculo de la Diferencia de Temperatura Equivalente (DTE), el cual considera variables térmicas, solares y físicas que pueden ser determinadas y ajustadas de acuerdo a la información disponible para la Ciudad de Maracaibo.

39


El Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG) representa la ganancia térmica máxima a través de las superficies exteriores de una edificación, fijando una temperatura interna de veinticinco grados centígrados (25 °C). Se evalúa bajo condiciones climáticas establecidas como extremas para la ciudad de Maracaibo y se determina en forma separada para paredes y techos, por unidad de área total. Siguiendo este orden de ideas, también se revisó la Norma venezolana COVENIN 42-82, Bloques huecos de concreto. La Norma fue elaborada

con la

participación de varios sectores del país; por las empresas privadas: Concretera Lock Joint, Concretera Santa Lucia, CAPAC C.A, por La Universidad Central de Venezuela: IMME y La Facultad de ingeniería, y como representantes del gobierno el Ministerio de Sanidad y Asistencia Social,M.S.A.S y el Instituto Nacional de la Vivienda, INAVI.

Tabla 1.

Dimensiones de los bloques de Concreto.

Denominación ordinaria (cm)

Dimensiones normales (cm)

Dimensiones modulares (cm)

10 15 20 25 30

39 x 19 x 9 39 x 19 x 14 39 x 19 x 19 39 x 19 x 24 39 x 19 x 29

40 x 20 x 10 40 x 20 x 15 40 x 20 x 20 40 x 20 x 25 40 x 20 x 30

Tabla 2.

Espesores mínimos para bloques Tipo A

Tipo de bloque (cm)

Espesor de pared (cm)

Espesor de nervios (cm)

10 15 20 25 30

1.9 2.2 2.5 2.8 3.2

1.9 2.2 2.5 2.8 2.8

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Tabla 3.

Espesores mínimos para bloques Tipo B

Tipo de bloque (cm)

Espesor de pared (cm)

Espesor de nervios (cm)

10 15 20 25 30

1.3 1.5 1.7 1.9 2.2

1.3 1.5 1.7 1.9 1.9

Tabla 4.

Resistencia a la compresión

Tipo de bloque

Promedio 3 Bloques (Kg/cm2)

Mínimo 1 Bloque (Kg/cm2)

A1 A2

70 50

55 40

B1 - B2

30

25

Fuente: Norma COVENIN 42-82. En cuanto a los materiales a utilizar y fabricación de los mismos, la Norma contempla que deben ser elaborados con cemento Pórtland y agregados inertes inorgánicos adecuados. (4.1), las superficies del bloque destinados a recibir un friso deben ser suficientemente ásperas para asegurar una buena adherencia (4.3), cuando el bloque se va a utilizar a la vista, las superficies deben ser uniformes y las aristas bien definidas y sin roturas (4.4). Con respecto a los agregados, la Norma clasifica los bloques en pesados (5.1.1), aquellos fabricados con agregados normales y el peso unitario del concreto seco es mayor de 2000 Kg/m3; semipesados (5.1.2), los bloques fabricados con una mezcla de agregados normales y livianos, con un peso unitario del concreto seco entre 2000 Kg/m3 y 1400 Kg/m3; y livianos (5.1.3), los bloque fabricados con agregados livianos, el peso unitario del concreto seco es menor de 1400 Kg/m3. 41


De acuerdo al uso, los bloques son clasificados en

bloques Tipo A (5.2.1),

bloques para paredes de carga, expuestas o no a la humedad, y bloques Tipo B (5.2.1), bloques para paredes que no soportan cargas o para paredes divisorias. Con respecto a los requisitos, apariencia y acabados (6.1) los bloques deben ser sólidos y libres de grietas. En cuanto a las dimensiones usuales de los bloques de concreto, (6.2) estas son las indicadas en la Tabla 1. de la Norma y los espesores mínimos (6.2.1) son los especificados en las tablas 2 y 3. Desde el punto de vista mecánico (6.4), la resistencia a la compresión (6.4.1), la resistencia mínima a la compresión a los 28 días, es la indicada en la Tabla 4 de la Norma, con respecto al curado (6.4.2), los bloques después de ser convenientemente curados por métodos aprobados, deben tener una resistencia a la compresión igual o mayor al 80 % de la especificada en la Tabla 4. Existen también cantidad de Normas Internacionales relacionadas con el tema del acondicionamiento térmico de las edificaciones como son: La Norma IRAM 11601: Acondicionamiento térmico de edificios. Propiedades térmicas de los materiales para la construcción. Método de cálculo de la resistencia térmica total. Norma IRAM 11603: Acondicionamiento térmico de edificios. Clasificación bioambiental de la república Argentina. Norma IRAM 11605: Acondicionamiento térmico de edificios. Condiciones de habitabilidad en viviendas. Valores máximos admisibles de transmitancia térmica K.

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Definición de términos básicos Absorción: es la transformación de la energía radiante a una forma diferente por interacción con la materia. (Universidad Central de Venezuela, 2005) Absortividad: (también conocida como absorbancia): es la razón entre la radiación térmica absorbida por una superficie y la que incide sobre ella. (U.C.V., 2005) Admitancia: la proporción de energía calórica por unidad de superficie, producida por la diferencia de la temperatura entre el aire (temperatura envolvente) y la superficie. Es la medida de la capacidad que tiene una superficie para reducir la temperatura. (U.C.V., 2005) Aislamiento

térmico:

material

que

presenta

una

resistencia

térmica

relativamente alta al paso del calor. (U.C.V., 2005) Albedo: flujo radiactivo que se origina de la reflexión del suelo. (U.C.V, 2005) Almacenamiento de calor: proceso mediante el cual un material almacena calor aumentando su temperatura. Para una cantidad de calor suministrada, el grado de calentamiento de un material depende de su calor específico y su densidad. (U.C.V., 2005) Área: es una unidad de superficie antigua que equivale a 100 metros cuadrados. Se sigue empleando con frecuencia su múltiplo, la hectárea, y, a veces, su submúltiplo, la centiárea, que equivale a un metro cuadrado. (Encarta, 2007) ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Bienestar térmico: rango de condiciones bioclimáticas consideradas aceptables en el interior de una edificación. Implica una ausencia de cualquier sensación de incomodidad o malestar térmico producido por exceso de frío o calor (ver Confort Térmico). (U.C.V., 2005)

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Calentamiento: transferencia de energía calórica hacia un cuerpo o hacia el aire, producto de un gradiente térmico entre la fuente de calor y el cuerpo o el aire. La transferencia se lleva a cabo mediante conducción y/o convección y/o radiación. (U.C.V., 2005) Calidad ambiental: capacidad relativa de un medio ambiente para satisfacer las necesidades o los deseos de un individuo o sociedad. (U.C.V., 2005) Calor: forma de energía que aparece como movimiento molecular en las sustancias o como calor radiante, una banda de longitudes de onda de radiación electromagnética en el espacio, se mide en unidades de energía julios (J). (U.C.V., 2005) Calor específico: cantidad de calor que se requiere para aumentar en una unidad de temperatura una unidad de masa de un material. (U.C.V., 2005) Cámara de aire: espacio de aire delimitados por dos planos, el cual puede estar ventilado o no. (U.C.V., 2005) Capacidad calorífica (Ca): cantidad de calor que se debe suministrar a un cerramiento o a la envolvente en su conjunto (de manera uniformemente repartida) para aumentar su temperatura la cantidad de 1ºC. Se mide en J/ºC. . (U.C.V., 2005) Capacidad térmica de un cuerpo: es la relación entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variación de temperatura (Δt) que éste experimenta. Además, la capacidad térmica es una característica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o ceder calor variando su energía térmica. C...capacidad térmica (en cal/°C)

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Cerramiento: delimitación o cubrimiento perimetral, parcial o total de un área dada de una edificación, originalmente abierta, para que deje de estarlo. División hecha con tabique en una estancia o pieza. (U.C.V., 2005) Clima: condiciones meteorológicas prevalecientes y hasta cierto punto predecibles de un área geográfica. Los principales elementos que lo identifican son la temperatura del aire, la humedad, la radiación solar, el viento, la nubosidad y las precipitaciones. (U.C.V., 2005) Climatización: proceso fisiológico mediante el cual un organismo se adapta a su nuevo ambiente. (U.C.V., 2005) Climatización pasiva: procedimiento de diseño o de técnica suplementaria que da como resultado edificaciones en las que el consumo de electricidad o de carburantes o de cualquier otro tipo de energía no renovable a los efectos de climatizar los espacios sea nulo (o casi) y cuya finalidad es que las edificaciones cumplan con los requerimientos de confort térmico. (U.C.V., 2005) Climatización

activa:

procedimiento

de

diseño

o

técnica

que

utiliza

equipamiento electro-mecánico para climatizar los espacios, tal como el caso del aire acondicionado. (U.C.V., 2005) Coeficiente de absorción: cociente entre el flujo radiante absorbido por un cuerpo y el flujo que incide sobre él. (U.C.V., 2005) Coeficiente de transmitancia térmica: transmisión de calor en la unidad de tiempo a través de la unidad de área de un material y capa de aire en contacto, inducido por la unidad de diferencia de temperatura entre los contornos de cada lado. (U.C.V., 2005) Componente: que compone o entra en composición de un todo. (Diccionario de la Lengua Española, 2005)

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Condiciones

ambientales

interiores:

síntesis de

todas las

variables

ambientales que al interior de las edificaciones afectan la salud o el confort de los ocupantes (temperatura, humedad, radiación, velocidad de aire, entre otros.) (U.C.V., 2005) Conductividad térmica (_): cantidad de calor que pasa en la unidad de tiempo a través de la unidad de área de una muestra de extensión infinita y caras planoparalelas y de espesor unidad, cuando se establece una diferencia de temperatura entre sus caras de un grado. La conductividad térmica es una propiedad característica de cada material, su valor puede depender de la temperatura y de una serie de factores tales como la densidad, porosidad, contenido de humedad, diámetro de fibra, tamaño de los poros y tipo de gas que encierre el material. Se expresa en Unidades: kcal/m h °C (W/m °C) (U.C.V., 2005) Conductancia térmica (C): cantidad de calor transmitida a través de la unidad de área de una muestra de material o de una estructura de espesor L, dividida por la diferencia de temperatura entre las caras caliente y fría, en condiciones estacionarias. Cuando las caras caliente y fría no constituyan dos superficies planas paralelas es necesario aclarar en qué condiciones se da la conductancia térmica. La conductancia térmica depende del espesor L del material, mientras la conductividad se refiere a la unidad de espesor del material. Se expresa en kcal/h m2 °C (W/m2 °C). (U.C.V., 2005) Confort en edificaciones: grado de aceptación de un ambiente con referencia a diversos parámetros ambientales relativos a la temperatura, la velocidad del aire, la iluminación, el ruido, etc. (U.C.V., 2005)

Confort térmico: se define generalmente como la situación en la cual los individuos expresan estar complacidos con las condiciones climáticas que los rodean. En vista de que ello involucra cierta subjetividad, los diseñadores se plantean como 46


meta satisfacer al mayor número de personas (generalmente más del 80%). El malestar puede resultar de ambientes fríos o calientes o puede expresarse como molestia en alguna parte específica del cuerpo (inconfort local). (U.C.V., 2005)

Construir: (def) Fabricar, edificar, hacer de nueva planta una obra de arquitectura o ingeniería, un monumento o en general cualquier obra pública. (Diccionario de la Lengua Española, 2005) Cuerpo negro: cuerpo emisor y absorbedor ideal de la radiación térmica. Emite y absorbe energía radiante en cada longitud de onda a la máxima razón posible como una consecuencia de su temperatura y absorbe toda la radiancia incidente. (U.C.V., 2005) Densidad: Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3). (Diccionario de la Lengua Española, 2005) Diferencia de temperatura: diferencia entre las temperaturas del espacio exterior y el interior. (U.C.V., 2005) Difusión térmica: cociente entre la conductividad térmica y la capacidad calórica. Capacidad calórica es el producto de la densidad por el calor específico. (U.C.V., 2005) Eficiencia energética: obtener el mayor rendimiento con el menor consumo de energía. Por ejemplo, bombillos que producen el mismo nivel de iluminación con menor consumo de electricidad. (U.C.V., 2005) Emitancia: cociente entre el flujo radiante emitido por una muestra y el medio por un cuerpo negro a la misma temperatura y bajo las mismas condiciones. (U.C.V., 2005)

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Emisividad: capacidad de una sustancia para emitir energía radiante. Se expresa como la relación del flujo de energía que emite un cuerpo con respecto al que emite un cuerpo negro ideal a la misma temperatura. (U.C.V., 2005) Envolvente de la edificación: conjunto de componentes que representan la frontera entre la edificación y su entorno y a través del cual se transfiere el calor, la luz, la humedad, el aire y los sonidos. (U.C.V., 2005) Espesor: (def.) Ancho de un artefacto tomado en su centro y transversalmente a su eje longitudinal. Se refiere a una de las dimensiones de la pieza, siendo las otras, el ancho y la longitud. (Encarta, 2007) Flujo de ventilación: movimiento de aire natural o artificial. (U.C.V., 2005) Flujo de calor: cantidad de calor que pasa por un determinado perímetro en una unidad de tiempo (J/s=W). (U.C.V., 2005) Humedad: medida del grado de vapor de agua contenido en el aire. (U.C.V., 2005) Humedad absoluta: cantidad de agua presente en la unidad de masa o de volumen de aire expresada en gramos por kilogramo (g/kg) o gramos por metro cúbico (g/m3). (U.C.V., 2005) Humedad relativa: relación entre la cantidad de vapor de agua contenida en el aire y la cantidad máxima que es capaz de contener a la misma temperatura y a la misma presión atmosférica. Se expresa en porcentaje. (U.C.V., 2005)

Índices de confort: parámetros que valoran la conjunción de las variables que intervienen en los intercambios térmicos entre el cuerpo humano y el ambiente ante las respuestas fisiológicas y sensoriales de las personas. Se determinan generalmente por medio de encuestas basadas en una escala de valores que las personas deben

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contestar mientras se someten a diversas combinaciones de dichas variables. (U.C.V., 2005) Joule (J): medida de trabajo o de energía (Fuerza x distancia). 1J = 1N.m. (1J = 0,24cal). (U.C.V., 2005) kW: kilovatios (1 kw = 1000 vatios). (U.C.V., 2005) kWh: kilovatios hora (Medida de energía). (U.C.V., 2005) Kilocalorías: cantidad de calor necesaria para elevar un kilogramo masa de agua a 1 ºC de temperatura. (U.C.V., 2005) Latitud: distancia angular, medida sobre un meridiano, entre la línea ecuatorial y el paralelo de una localización terrestre (o de cualquier otro planeta). Se mide en grados. Si el punto pertenece al hemisferio norte es positiva y negativa para el hemisferio sur. Varia entre 0º y 90º norte y entre 0º y - 90º sur. Es común, en particular para trabajo de fórmulas para medir distancias entre puntos o en la computación, tomar las latitudes al sur del ecuador como negativas y al norte como positivas. También se puede describir como la distancia angular entre cualquier punto de la tierra y el paralelo 0 o ecuador. Puede ser Norte o Sur. Se mide en grados de 0 a 90 a partir del Ecuador, tanto al norte como hacia el sur. (Encarta, 2007). Ley de Fourier de la conducción de calor: Establece que la rapidez de flujo por conducción en un sentido dado es proporcional al gradiente de temperatura en ese sentido y al área normal a la dirección del flujo de calor. (U.C.V., 2005)

Materiales aislantes: materiales que poseen baja conductividad, por lo que son malos conductores de calor. (U.C.V., 2005) Pared de ladrillo hueco: pared conformada por ladrillo macizo o perforado, posee menor costo, mejor aislamiento térmico y acústico, menor peso propio, pero 49


tiene como inconveniente su menor resistencia a la compresión y el que facilita la entrada de humedad al interior de la obra. (U.C.V., 2005) Puente térmico: elemento o parte de la pared que por su naturaleza o su aplicación se revela como punto débil del aislamiento y no ofrece el mismo coeficiente de resistencia térmica. (U.C.V., 2005) Radiación térmica: ondas caloríficas emanadas por los cuerpos, que se diferencian de las ondas luminosas por su mayor longitud y menor frecuencia. (U.C.V., 2005) Resistencia térmica: medida del grado de oposición que ofrece un cerramiento al paso de calor por convección, radiación y conducción. Resulta de sumar todas las resistencias térmicas parciales superficiales y conductivas. Se mide en m2ºC/W. (U.C.V., 2005)

Retardo: desfase de la onda de calor entrante y saliente de un cerramiento con inercia térmica (horas). (U.C.V., 2005) Rugosidad: coeficiente entre el área real y la aparente de una superficie, que influye en la convección. (U.C.V., 2005) Sistema de enfriamiento pasivo: son aquellos en los cuales la edificación en sí misma funciona como moderadoras del clima exterior, así como las técnicas destinadas a evacuar por medios pasivos el sobrante de calor que pudiera presentarse al interior de una edificación. La evacuación del calor se realiza hacia sumideros de calor como el aire exterior, la bóveda celeste, el suelo, etc. (U.C.V., 2005) Soleamiento: cantidad de luz y calor que percibe una edificación determinada o un elemento configurativo de la misma (paredes, techos y ventanas) en un espacio de tiempo dado, teniendo en cuenta la sombra eventual proyectada por obstáculos naturales y/o construidos. (U.C.V., 2005)

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Tabique: elemento clásico de distribución interior de los espacios de cualquier tipo de edificación. Normalmente se elaboran con ladrillo hueco, su campo de aplicación se extiende a naves industriales, despachos, oficinas, locales de negocios, etc. El empleo de baldosas de vidrio se hace necesario cuando se quiere obtener una buena luminosidad del espacio. (U.C.V., 2005) Temperatura: propiedad de los cuerpos que determina la cantidad de calor que tienen y la dirección de los flujos de calor. Se mide bien sea mediante una escala empírica basada en una propiedad conveniente de un material o instrumento (caso de los grados Celsius (ºC), basados en la dilatación del mercurio con respecto a los estados del agua) o mediante la escala absoluta (grados Kelvin). (ºK=ºC+273). (U.C.V., 2005) Temperatura de bulbo húmedo (TBH): temperatura que se mide con un termómetro envuelto en material saturado (generalmente algodón). La evaporación del agua produce un enfriamiento que depende de la capacidad evaporativa del aire, lo que da una medida de la humedad. (U.C.V., 2005)

Temperatura del aire o temperatura de bulbo seco (TBS): temperatura que se mide mediante un termómetro protegido del viento y la radiación electromagnética del entorno. (U.C.V., 2005) Temperatura máxima media mensual: es un promedio aritmético de las temperaturas máximas diurnas registradas durante un mes por un lapso de varios años. (U.C.V., 2005) Temperatura mínima media mensual: es un promedio aritmético de las temperaturas mínimas diurnas registradas durante un mes por un lapso de varios años. (U.C.V., 2005) Transferencia de calor: cantidad de calor que se transfiere de un cuerpo a otro siguiendo las siguientes modalidades: conducción, convección o radiación. El calor sólo 51


puede transferirse si existe una diferencia de temperatura y únicamente se transfiere en el sentido de caliente a frío. (U.C.V., 2005) Transferencia térmica: flujo de calor por conducción, convección y/o radiación en estado estacionario desde o hacia un cuerpo a través de un aislante térmico con los medios circundantes externos. Es expresado como la relación de tiempo de flujo de calor por unidad de área de la superficie del cuerpo entre la diferencia de temperatura unitaria de la superficie del cuerpo con su medio circundante. (U.C.V., 2005) Transmisión de calor: cantidad de calor que fluye a través de la unidad de área debido a cualquier modo de transferencia de calor inducidas por las condiciones prevalecientes. (U.C.V., 2005) Trópico: son las regiones situadas entre las latitudes 23 27’ Norte (trópico de Cáncer) y 23 27’ (trópico de Capricornio). Aquí se ubican las regiones donde el calor es dominante. «Venezuela se encuentra entre los paralelos 1 y 12 de latitud Norte. Su clima se caracteriza por temperaturas medias elevadas. Valores máximos de temperatura no muy altos. Poca oscilación de temperatura entre el día y la noche. Ausencia de enfriamiento nocturno. Humedad relativa elevada. Brisas limitadas a la zona costera. Elevada intensidad de radio solar directa y /o difusa». (U.C.V., 2005) Unidades de densidad: Algunas de las unidades de densidad más usadas son: 

Kilogramo por metro cúbico (Sistema Internacional de Unidades)

Gramo por centímetro cúbico

Gramo por galón

Gramo por pie cúbico

Libra por pie cúbico (Encarta, 2007) Ventilación forzada: es intencional, es un intercambio de aire propulsado por

un ventilador y con ventanillas de toma y descarga o escapes que son especialmente designadas e instaladas para ventilación. (U.C.V., 2005)

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Ventilación natural: es aquella que se obtiene mediante fenómenos naturales, sin necesidad de emplear ningún dispositivo mecánico. Es activada por presiones de viento, diferencias de temperatura y densidad, entre el interior y el exterior de un recinto. (U.C.V., 2005) Watt o vatio (W): medida de potencia. Trabajo o energía desplegada por unidad de tiempo. 1W=1J/s. (U.C.V., 2005)

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OPERACIONALIZACIÓN DE LA VARIABLE La variable objeto de estudio de la presente investigación, es un componente constructivo, cuyas

características principales son: alta resistencia térmica y baja

capacidad calorífica,

el cual se define como parte de un todo en la fabricación o

construcción de cerramientos exteriores en los edificios, que debe oponerse a ser calentado y necesita recibir una gran cantidad de calor uniformemente repartida en toda su superficie exterior para aumentar su temperatura la cantidad de 1 ºC. En esta investigación ambas características fueron medidas con la ayudas de los software “Transmitancia”, versión 1.0 y “Antesol – 06”, los cuales permitieron comparar y comprobar el comportamiento térmico del componente constructivo objeta de la presente investigación.

CUADRO DE OPERACIONALIZACIÓN DE LA VARIABLE VARIABLE

DIMENSIONES

PROPIEDADES TÉRMICAS

COMPONENTE CONSTRUCTIVO DE ALTA RESISTENCIA TÉRMICA Y BAJA CAPACIDAD CALORÍFICA MATERIALES

SUB-DIMENSIONES CAPACIDAD TÉRMICA TRANSMITANCIA TÉRMICA RESISTENCIA TÉRMICA ÁREA ESPESOR CONDUCTIVIDAD DENSIDAD CALOR ESPECIFICO

INDICADORES KJ/(m^2.K) W/(m^2.K) (m^2.K)/W m^2 m W/mºC Kg/m^3 J/Kg.K (SI) Kcal.Kg^(-1).ºC^(1) (ST)

FACTOR SOLAR RETRASO TÉRMICO HORAS Fuente: Perozo, 2007

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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Tipo de Investigación El tipo de investigación es no experimental porque se realiza sin manipular deliberadamente variables, en tal sentido, Hernández, Fernández y Baptista (2003) señalan: “Investigación no experimental: estudios se realizan sin la manipulación deliberada de variables y en los que sólo se observan los fenómenos en su ambiente natural para después analizarlos”. “En la investigación no experimental no hay ni manipulación intencional ni asignada al azar”, (p. 269). Según el nivel de investigación, este estudio se considera descriptivo, ya que tiene entre sus propósitos la enumeración detallada de las características del evento estudiado, con lo cual se puede lograr una clasificación de la información en función de características comunes. Según

Hurtado de Barrera (2004) “En la investigación

descriptiva el propósito es exponer el evento estudiado, haciendo una enumeración detallada de sus características”, (p. 87), en el presente estudio está referido a los diferentes componentes constructivos para cerramientos exteriores. Al respecto, Hernández, Fernández y Baptista (2003, p. 273) señalan que la investigación descriptiva busca especificar propiedades, características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice, indagar la incidencia y los valores en que se manifiesta una o más variables.

Además, según Arias (2004) las

investigaciones descriptivas “consisten en la caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refiere” (p. 22). Por otro lado, esta investigación se encuentra en la modalidad de Proyecto Factible, es decir, de acuerdo con Hurtado de Barrera (2004) es de tipo proyectiva por

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“intentar proponer soluciones a una situación determinada a partir de un

proceso

previo de indagación. Implica explorar, describir, explicar y proponer alternativas de cambio, más no necesariamente ejecutar la propuesta” (p. 100)… Refiere la mencionada autora que “una investigación proyectiva requiere de un diagnóstico previo, el cual en último caso no es más que una investigación descriptiva” (p. 109) Sobre este particular, la UPEL (1998) resalta que El Proyecto Factible consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades. (p. 7) Diseño de la Investigación De acuerdo al diseño de la investigación este estudio se considera de campo, por “recogerse la información en su ambiente natural”, tal y como lo explica Hurtado de Barrera (2004, p. 115). Atendiendo a estas consideraciones, Bavaresco (2001, p. 9), indica que un estudio de campo se realiza en el propio sitio donde se encuentra el objeto de estudio y permite conocer más a fondo el problema por parte del investigador, quien puede manejar los datos con mayor seguridad. En este sentido, Arias (2004) explica que este diseño “consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna”. (p. 28) Por otra parte, la investigación se considera además como transeccional descriptiva, debido a que el estudio de la variable se realizó en una sola oportunidad, sin pretender evaluar la evolución de dicha variable en el tiempo. Al respecto, Hernández, Fernández y Baptista (2003, p. 289), señalan que los estudios con diseño transeccional descriptivo realizan observaciones en un momento único en el tiempo, recolectan datos en un solo momento y su propósito es describir variables y analizar su

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incidencia e interrelación en un momento dado, tal y como se realizó en esta investigación. Lo anterior, es confirmado por Hurtado de Barrera (2004) cuando plantea que en este diseño “el investigador estudia el evento en un único momento del tiempo” (p. 116), como en este caso se medirá, en una sola oportunidad, la transferencia térmica de los diferentes componentes constructivos para cerramientos exteriores más utilizados en la fabricación de edificaciones.

Unidad de Análisis o Sujetos de la Investigación Población La población es “el conjunto total de unidades de observación que se consideran en el estudio”, según Bavaresco (2001, p. 91), en este caso son los distintos tipos de componentes constructivos empleados en la construcción de cerramientos exteriores. Al respecto, Selltiz (1980), citado por Hernández, Fernández y Baptista (2003) comenta que la población “es el conjunto de todos los casos que concuerdan con una serie de especificaciones” (p. 303). Agrega, Hurtado de Barrera (2004) que la población está conformada por el conjunto de seres que poseen la característica o evento a estudiar, como es el caso de los componentes constructivos para cerramientos exteriores mayormente utilizados en la fabricación de paredes de las edificaciones en la ciudad de Maracaibo. Muestreo El muestreo de esta investigación se considera de tipo No Probabilístico pues, de acuerdo a Hernández, Fernández y Baptista (2003) “la elección de los elementos no depende de la probabilidad, sino de causas relacionadas con las características de la investigación o de quien hace la muestra“(p. 305) “depende

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de los objetivos del estudio, del esquema de investigación y de la contribución que se piensa hacer con ella.” (p. 306). Además, para Arias (1997) en el muestro No Probabilístico intencional u opinático “se seleccionan los elementos con base en criterios o juicios del investigador” (p. 51). También, Tamayo y Tamayo (2004) definen el muestro intencional como aquel que “exige al investigador un conocimiento previo de la población que se investiga para poder determinar cuáles son las categorías o elementos que se pueden considerar como tipo representativo del fenómeno que se estudia” (p. 178) Muestra La muestra es definida por Hernández, Fernández y Baptista (2003), como un “(enfoque cuantitativo): subgrupo de la población del cual se recolectan los datos y debe ser representativo de dicha población”,(p. 302) “(enfoque cualitativo): unidad de análisis o conjunto de personas, contextos, eventos o sucesos sobre el (la) cual se recolectan los datos sin que necesariamente sea representativo(a) del universo” (p. 302) es decir, un subconjunto de elementos el cual pertenecen a ese conjunto definido en sus características se denomina población y del cual se pretende sea el reflejo fiel de la misma, ya que en realidad, pocas veces se puede medir a toda la población. De igual manera, Pelekais, Finol, Neuman y Parada (2005) explican que “constituyen un grupo pequeño de la población (sujetos, documentos, objetos) por lo tanto, tiene sus mismas características” (p. 60). En este orden de ideas, Tamayo y Tamayo (2004) plantean como las muestras se calculan “cuando no es posible medir cada una de las entidades de población; esta muestra, se considera, es representativa de la población” (p. 176). Para este estudio, se seleccionaron entre los componentes constructivos para cerramientos exteriores, los siguientes:

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- Bloque de arcilla rojo de 15 cm de espesor, 30 cm de ancho y 20 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene cuatro capas de arcilla de las cuales las dos exteriores son de 9 mm cada una y los dos internas son de 6 mm cada una, separadas ellas entre sí por tres cámaras de aire de 40 mm cada una. Medido transversalmente en sentido vertical, también tiene cuatro capas de arcilla, de 9 mm cada una, separadas entre sí por tres cámaras de aire de 54.66 mm. Foto 1. Bloque de Arcilla rojo de 15 cm.

- Bloque de arcilla rojo de 10 cm de espesor, 30 cm de ancho y 20 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene tres capas de arcilla de las cuales las dos exteriores son de 9 mm cada una y la interna es de 6 mm, separadas entre sí por tres cámaras de aire de 38 mm. Medido transversalmente en sentido vertical, también tiene cuatro capas de arcilla de 9 mm cada una, separadas entre sí por tres cámaras de aire de 54.66 mm. Foto 2. Bloque de Arcilla rojo de 10 cm.

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- Adobe de arcilla roja, sĂłlido, cuyas

dimensiones son: 10 cm de espesor, 20

cm de ancho y 6 cm de alto. Foto 3. Adobe de Arcilla roja

- Bloque de cemento gris de 15 cm. de espesor, 40 cm de ancho y 20 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene dos capas de cemento de 2 cm cada una, separadas entre sĂ­ por una sola cĂĄmara de aire de 11 cm.

Foto 4. Bloque de cemento gris de 15 cm.

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Ver


- Bloque de cemento gris de 10 cm de espesor, 40 cm de ancho y 20 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene dos capas de cemento de 2 cm cada una, separadas entre sí por una sola cámara de aire de 11 cm. Foto 5. Bloque de cemento gris de 10 cm.

- Bloque Aliven de 15 cm de espesor, 40 cm de ancho y 20 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene dos capas de cemento mezclado con arcilla expandida de 25 mm cada una, separadas entre sí por cámaras de aire de 10 cm. Foto 6. Bloque de Aliven de 15 cm.

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-

Eco-bloque. Bloque de Poliestireno expandido (Anime) cuyas medidas

comerciales son: 12.5 cm de espesor, 100 cm de ancho y 25 cm de alto: Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene dos capas de poliestireno expandido 2.5 cm cada una separadas entre sí por una cámara de aire de 7.5 cm vaciada de concreto. Gráfico 6. Eco-bloque

Foto 7. Eco-bloque

Fuente: Eco-Bloque. www.manica.com.ve -

Panel Simple de M2, es un panel cuyas medidas comerciales son: 1.125 m de

ancho, 0.10 m a 0.15 m de espesor y la altura es de acuerdo a las características del proyecto: Ver Fotos 9 y 10. Medido transversalmente en sentido horizontal, tiene dos capas de concreto o revoque de 3 cm cada una separadas entre sí por una capa de poliestireno expandido cuyas dimensiones varían entre 4 cm y 11 cm, dependiendo del cálculo estructural de cada proyecto.

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Gráfico 7. Sección del panel simple de M2. www.mdue.it

Foto 8. Panel de M2

Estos distintos tipos de componentes constructivos fueron seleccionados por: ser los más empleados en la construcción de paredes en las edificaciones de la ciudad de Maracaibo; debido a sus características térmicas, económicas, peso, manejabilidad en obra, poca fragilidad, fácil adquisición en el mercado, cumplimiento con las normativa de la Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN), entre otros.

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Técnicas de Recolección de Datos Descripción del Instrumento Para la medición de los diferentes componentes constructivos considerados en el presente estudio fue preciso diseñar una ficha de registro, en la cual se anotarán características como: materiales y dimensión de espesores de las diferentes capas que conforman los componentes constructivos para cerramientos exteriores más utilizados en la ciudad de Maracaibo. Técnicas para el Análisis de los Datos. Con la finalidad de determinar el comportamiento térmico de los diferentes componentes constructivos se utilizó un software denominado “Transmitançia versión 1.0 (beta)” creado por el Laboratorio de Eficiencia Energética en Edificaçöes (LabEEE), el cual es una herramienta de computación para ayudar en el uso de los métodos de cálculo de las propiedades térmicas de los componentes constructivos. Este software, según explica Lee y Col. (2006) permite el cálculo de las siguientes propiedades térmicas: -

Transmitancia térmica (W / m2.K)

-

Resistencia térmica (m2.K / W)

-

Capacidad térmica (k3 / m2.K)

-

Factor de calor solar

-

Retardo térmico (horas)

Como complemento de la investigación, se utilizó otro software denominado “Antesol – 06”, por medio del cual se puede analizar el flujo de calor en cerramientos con cualquier inclinación y composición constructiva, considerando rigurosamente las condiciones ambientales exteriores e interiores, especialmente el soleamiento y la irradiación infrarroja.

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En efecto, el proceso de simulación muestra la historia diaria del comportamiento térmico del cerramiento: temperaturas de las superficies y de cada punto del interior del cerramiento, los diferentes flujos de intercambio de calor entre las superficies del cerramiento y el entorno, y los flujos de conducción y acumulación de calor en cada punto del interior del cerramiento. Con el objeto de corroborar resultados, se utilizó un termómetro infrarrojo, de temperatura doble, modelo 6869531, marca SYSCO, el cual mide temperaturas de dos maneras, superficiales por emisividad, con defecto de 0.95

y por contacto, con la

función, termómetro en contacto, dicho termómetro exhibe las dos temperatura en una pantalla digital hasta por 4 minutos. Procedimiento Para el desarrollo de la presente investigación se llevaron a cabo los siguientes pasos: Atendiendo la situación geográfica y al clima cálido-húmedo que afecta a la ciudad de Maracaibo, así como el alto consumo de energía eléctrica, la investigadora decidió diseñar una alternativa de solución al problema planteado sobre la necesidad de optimizar el comportamiento ambiental de un edificio o un proyecto urbanístico, lo cual implica balancear el consumo energético con la inversión. De acuerdo a los requerimientos, la investigadora, conversó con el Profesor Dr. Arq. Eduardo González, Ex director de IFAD, LUZ, quien aceptó ser el tutor, sugirió bibliografía e indicó el método para hacer las evaluaciones de las muestras, a través de dos software: Transmitancia versión 1.0 y Antesol - 06, a manera de poder obtener resultados, compararlos y corroborarlos. Posteriormente, se hizo la revisión bibliográfica para asumir los aspectos teóricos que permitieron hacer el planteamiento del problema, con la formulación de los objetivos, el marco teórico tomando en cuenta los antecedentes y las bases teóricas.

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Para el capítulo III se decidió el tipo y nivel de la investigación con el diseño, las unidades de análisis, las técnicas de recolección y análisis. Plan de análisis de datos. Una vez recopilada la información sobre dimensiones y materiales de los componentes constructivos actuales más utilizados en la ciudad de Maracaibo, se procedió a trabajar con el Software Transmitancia versión 1.0 , primero con los componentes constructivos actuales y después con las diferentes combinaciones de posibles materiales y espesores para el diseño, todo esto con el fin de obtener la resistencia térmica y la capacidad calorífica de los mismos. Los resultados obtenidos permitieron hacer una preselección, la cual fue después analizada con el software Antesol -06, por medio del cual se pudo conocer la evolución diaria del comportamiento térmico de los cerramientos preseleccionados, con información como: temperaturas de las superficies de cada punto del interior de los cerramientos y los diferentes flujos de intercambio de calor entre las superficies del cerramiento y el entorno, y los flujos de conducción y acumulación de calor en cada punto del interior del cerramiento. El uso de los dos software mencionados resultó ser una excelente herramienta, de diseño, ya que hizo posible diseñar un componente constructivo de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica, comprobar resultados, de manera de optimizar el diseño,

sin necesidad de llegar a la etapa de

posteriormente.

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construcción y hacer las pruebas


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CAPÍTULO IV RESULTADOS Análisis de los Resultados Una vez recopilada la información sobre dimensiones y materiales de los componentes constructivos actuales más utilizados en la ciudad de Maracaibo, se procedió a trabajar con los Software “Transmitancia versión 1.0” y “Antesol -06”, primero con los componentes constructivos actuales y después con las diferentes combinaciones de posibles materiales y espesores para el diseño. Los resultados obtenidos al usar el software Transmitancia con los componentes actuales, fueron ordenados en tablas y luego pasados a diagramas de barras, esto con la finalidad de poder hacer las comparaciones necesarias y sacar conclusiones al respecto, de igual manera se procedió con las posibles combinaciones de materiales y espesores, buscando un diseño que cumpla el objetivo planteado, alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica. Al comparar los resultados del análisis de los componentes constructivos actuales, en la gráfica 9: Capacidad térmica de los Componentes Constructivos Actuales, se puede apreciar claramente como el compuesto denominado Tabique Fibro Cemento D1600, es el de menor capacidad térmica; y el Eco-bloque - Bloque Manica – solo parte concreto, es el que posee la mayor capacidad térmica. El denominado tabique tiene una capa exterior de 32 mm de Fibro Cemento, cuya densidad es de 1600 Kg/m3, una capa intermedia de 77 mm de poliestireno expandido y una tercera capa de fibro cemento de 16 mm, con la misma densidad de la 1º capa, además tiene un perfil de acero galvanizado cada 60 cm, para fijar los paneles y soportar las cargas de techos o entrepisos. En cuanto al denominado Eco-bloque - Bloque Manica, es importante aclarar que dicho componente ha sido analizado por partes, ello debido a las características especificas del componente, el cual tiene unas dimensiones de 12.5 cm de ancho, 125 71


cm de largo y 25 cm de alto, (ver gráfico 7), con una modulación a lo largo, de 12.5 cm, en la cual hay una sección central de concreto, cuyas dimensiones son: 7.5 cm x 7.5 cm x 25 cm y otra sección central de 5 cm x 7.5 cm x 25 cm, donde sólo la mitad superior, 12.5 cm,

es concreto

y la mitad inferior, 12.5 cm, es de poliestireno

expandido, esta última sección mencionada tiene una capacidad térmica baja, como se puede apreciar en el gráfico Nº 8, con la denominación Eco-Bloque MANICA - parte concreto y poli estireno, al sacar proporcionalmente la capacidad térmica con las dos partes, se obtiene los resultados del comportamiento real, del

componente

denominado Eco-Bloque MANICA – completo. En cuanto a la resistencia térmica, se puede apreciar en la grafica 10, Resistencia Térmica de los Componentes Constructivos Actuales,

como los

componentes constructivo denominados: Panel M2 - 11 cm – frisado y el Eco-Bloque MANICA - parte concreto y poliestireno, son los dos componentes constructivos con mayor resistencia térmica, mientras que entre los componentes constructivos de menor resistencia térmica se encuentran los dos denominados como:

Adobe 10 cm, sin

frisar, D1450 y Adove 10 cm, frisado, D1450. Los resultados completos se pueden apreciar en la Tabla 5, donde además de la Resistencia Térmica, la Capacidad Térmica, también están los valores de Transmitancia Térmica, Factor Solar y Retardo Térmico, correspondientes a cada uno de los componentes constructivos analizados.

72


TABLA 5. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS COMPONENTES CONSTRUCTIVOS UTILIZADOS EN MARACAIBO COMPONENTES CONSTRUCTIVOS CAPACIDAD TRANSMITANCIA RESISTENCIA FACTOR RETRASO ACUALMENTE UTILIZADOS TÉRMICA TÉRMICA TÉRMICA SOLAR TÉRMICO EN MARACAIBO KJ/(m^2.K) W/(m^2.K) (m^2.K)/W HORAS BLOQUE ARCILLA 10 cm,D 1450, Frisado,pint blanca 105 2.52 0.3965 2 2.4 BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450, frisado,pint blanca 117 2.00 0.4995 1.6 2.6 ADOBE 10 cm, sin frisar,D1450 142 3.63 0.2753 10.9 2.3 ADOBE 10 cm,frisado,D1450 202 3.32 0.3016 2.7 3.1 BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1900, sin frisar 88 3.05 0.3276 2.4 2.4 BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1400, frisado 128 2.3 0.4353 1.8 2.9 BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1900, sin frisar 91 2.36 0.4237 1.9 2.1 BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1400, frisado 133 1.75 0.5724 1.4 3 BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100, frisado,pint blanca 120 1.69 0.5929 1.4 2.5 ECO-BLOQUE MANICA - parte solo concreto 233 0.67 1.4889 0.5 10 ECO-BLOQUE MANICA - parte concreto y poliestireno 89 0.46 2.1956 0.4 5.2 ECO-BLOQUE MANICA - completo 175.4 1.77158 PANEL M2 -poliestireno 6 cm frisado 199 0.58 1.7304 0.5 9.7 PANEL M2 - 8 cm - frisado 200 0.45 2.230 0.4 11.2 PANEL M2 - 11 cm - frisado 202 0.34 2.980 0.3 13.2 TABIQUE FIBRO CEMENTOD2000, 12.5 cm, completo 88 0.53 2.096936 TABIQUE FIBRO CEMENTOD1600, 12.5 cm, completo 71 0.51 1.9754 0.4 1.8 TABIQUE FIBRO CEMENTOD1600, 12.5 cm, con poliestireno (7,5), frisado (exterior) 100 0.47 2.135 0.4 7.8 FUENTE: PEROZO, 2007.

73


74


GRテ:ICO 8 CAPACIDAD TERMICA DE LOS COMPONENTES CONSTRUCTIVOS ACTUALES Kj / m2 K 0

50

100

150

200

250

105

BLOQUE ARCILLA 10 cm,D 1450,Frisado,pint blanca

117

BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450,frisado,pint blanca

142

ADOBE 10 cm, sin frisar,D1450

202

ADOBE 10 cm,frisado,D1450

88

BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1900,sin frisar

128

BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1400,frisado

91

BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1900,sin frisar

133

BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1400,frisado

120

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100,frisado,pint blanca

233

ECO-BLOQUE MANICA - parte solo concreto

89

ECO-BLOQUE MANICA - parte concreto y poliestireno

175.4

ECO-BLOQUE MANICA - completo PANEL M2 -poliestireno 6 cm - frisado

199

PANEL M2 - 8 cm - frisado

200 202

PANEL M2 - 11 cm - frisado

88

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D2000, 12.5 cm, completo

71

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, completo

100

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, con poliestireno(7,5),frisado

FUENTE: PEROZO, 2007

75


76


GRÁFICO 9 RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS COMPONENTES CONSTRUCTIVOS ACTUALES m2 K / W 0 BLOQUE ARCILLA 10 cm,D 1450,Frisado,pint blanca

0.5

ADOBE 10 cm,frisado,D1450 BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1900,sin frisar

1.5

2

2.5

3

0.40 0.50

BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450,frisado,pint blanca ADOBE 10 cm, sin frisar,D1450

1

0.28 0.30 0.33

BLOQUE CONCRETO 10 cm,D1400,frisado

0.44

BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1900,sin frisar

0.42 0.57

BLOQUE CONCRETO 15 cm,D1400,frisado

0.59

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100,frisado,pint blanca

1.49

ECO-BLOQUE MANICA - parte solo concreto

2.20

ECO-BLOQUE MANICA - parte concreto y poliestireno

1.77

ECO-BLOQUE MANICA - completo

1.73

PANEL M2 -poliestireno 6 cm - frisado

2.23

PANEL M2 - 8 cm - frisado

2.98

PANEL M2 - 11 cm - frisado

2.10

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D2000, 12.5 cm, completo

1.98

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, completo

2.14

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, con poliestireno(7,5),frisado

FUENTE: PEROZO, 2007

77


78


De igual manera se procedió con las posibles combinaciones de materiales y espesores, como fueron : Bloques de arcilla,

cemento y

concreto liviano con

poliestireno expandido en el interior, Bloque de arcilla, cemento y concreto liviano con una capa de poliestireno expandido en el exterior, otras pruebas fueron paredes de poliestireno expandido de diferentes espesores con y sin friso, Pared de concreto vaciado, y

Tabiques tipo sándwich de fibro cemento con poliestireno expandido, los

resultados más resaltantes se pueden apreciar en la Tabla 6 y en los gráficos 11 y 12. Con el objeto, de corroborar los resultados, se procedió a trabajar con el software “Antesol -06”, se analizaron ejemplos que pudieran ayudar más en la comprensión del problema, tanto de los existentes en la Ciudad de Maracaibo, como con las posibles combinaciones de materiales y espesores, por medio del cual se pudo comprobar la importancia de la adecuada combinación de densidad de los materiales y espesores, en cuanto a las temperaturas y flujos de calor generados durante un ciclo diario. Ver Gráfico 13. Luego de una serie de reflexiones, sobre los resultados,

comenzó la etapa de

diseño propiamente dicha, de la cual salieron varias propuestas; la primera fue: Tabique D-1: un sándwich de concreto liviano, fibro cemento y poliestireno expandido, con excelentes características térmicas, pero muy pesado, por lo cual no facilitaría el trabajo en obra, mas los correspondientes problemas de fijación, por lo cual fue descartado como propuesta de diseño de la presente investigación. La segunda propuesta fue: Bloque D-2: un bloque hecho con concreto liviano y poliestireno expandido , el cual fue analizado, frisado y sin frisar, con la ayuda de los dos software antes mencionados, los resultados de dicho análisis están el la Tabla 6 y en los gráficos 11, 12, y 13. Sobre la base de las ideas expuestas, habiendo ya logrado el comportamiento térmico propuesto como objetivo de la presente investigación, finalmente comenzó la etapa de diseño propiamente dicha, es decir, la parte micro del diseño como tal: dimensiones, espesores, forma, acabados, con el objeto de obtener buena adherencia entre

los

dos

materiales,

almacenamiento, la

facilidad

de

fabricación,

posibles

condiciones

manejabilidad en obra, también se tomó en cuenta 79

de

la Norma


COVENIN 42-82,

y por último la relación costo beneficio, para ello se pidió una

cotización sobre el costo de producción de la pieza de poliestireno expandido a la empresa MANICA, a la cual fueron entregados planos de detalles de la parte de poliestireno del Bloque C P-10 ( Concreto Poliestireno- 10cm), ver planos en gráficos 14, 15, 16, 17

80


TABLA 6. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS POSIBLES COMPONENTES CONSTRUCTIVOS COMPONENTES CONSTRUCTIVOS CAPACIDAD TRANSMITANCIA RESISTENCIA FACTOR ACTUALES CON POLIESTIRENO TÉRMICA TÉRMICA TÉRMICA SOLAR PRUEBAS KJ/(m^2.K) W/(m^2.K) (m^2.K)/W BLOQUE ARCILLA 10 cm,D1450-frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior 108 0.87 1.1429 0.7 BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450,frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior 119 0.56 1.7931 0.4 BLOQUE ALIVEN 10 cm,D1100,poliestireno,frisado, pintura blanca 121 1.06 0.9457 0.8 BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100,poliestireno moldeado, frisado, pintura blanca 123 0.7 1.4200 0.6 BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100, frisado,poliestireno exterior 2", pintura blanca 122 0.53 1.8770 0.4 PARED DEPOLIESTIRENO 6 cm, sin frisar 3 0.6 1.67 0.5 PARED DEPOLIESTIRENO 6 cm,frisada 61 0.59 1.6961 0.5 PARED DEPOLIESTIRENO 6cm(3+3) mortero interno 3 61 0.59 1.6961 0.5 PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, sin frisar 5 0.37 2.67 0.3 PARED DEPOLIESTIRENO 10 cm, Frisada (3cm) 63 0.37 2.6961 0.3 PARED DEPOLIESTIRENO 10 cm, Frisada (4cm) 83 0.37 2.7048 0.2 PARED DE CONCRETO 10 cm 230 4.4 0.2271 3.5 TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, con poliestireno(7,5),frisado 100 0.47 2.1350 0.4 TABIQUE FCEMENTO-D1600,friso p.e 7,8 76 0.46 2.1823 0.4 D-1TABIQUE ALIVEN 3-P. E 8- F. CEMENTO 61 0.44 2.660 0.4 CP-7.5 SIN FRISAR 59 0.46 2.1537 0.4 CP-7.5 FRISADO 117 0.46 2.1798 0.4 CP-10 SIN FRISAR 60 0.36 2.7787 0.3 CP-10 FRISADO 118 0.38 2.8048 0.3

Fuente: Perozo 2007 81

ATRASO TÉRMICO HORAS 2 3.8 0 0 0 1.3 1.4 6.3 2.1 2.3 2.3 2.3 7.8 6.4 5.3 5.2 7.2 6 8.3


82


GRÁFICO 10

CAPACIDAD TÉRMICA DE LOS POSIBLES MATERIALES FORMAS Y COMBINACIONES Kj / m2.K 0

50

100

150

119

BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450,frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior

121

BLOQUE ALIVEN 10 cm,D1100,poliestireno,frisado, pintura blanca

123

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100,poliestireno moldeado, frisado, pintura blanca

122

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100, frisado,poliestireno exterior 2", pintura blanca

3 61

COMPONENTES CONSTRUCTIVOS

PARED DE POLIESTIRENO 6 cm,frisada

61

PARED DE POLIESTIRENO 6cm(3+3) mortero interno 3 PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, sin frisar

250

108

BLOQUE ARCILLA 10 cm,D1450-Frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior

PARED DE POLIESTIRENO 6 cm, sin frisar

200

5 63

PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, Frisada (3cm)

83

PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, Frisada (4cm)

230

PARED DE CONCRETO 10 cm

100

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, con poliestireno(7,5),frisado

76

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600,friso1,5-fibro cemento3,2-anime7,8

61

D-1TABIQUE ALIVEN 3-POLIESTIRENO 8- FIBRO CEMENTO2-D1600

55

D-2 BLOQUE ALIVEN D1600-POLIESTIRENO según diseño

118

D-2 BLOQUE ALIVEN D1600-POLIESTIRENO según diseño FRISADO

60

CP-10 SIN FRISAR

118

CP-10 FRISADO

59

CP-7.5 SIN FRISAR

117

CP-7.5 FRISADO

FUENTE: PEROZO 2007

83


84


GRÁFICO 11

RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS POSIBLES MATERIALES FORMAS Y COMBINACIONES m2.K / W 0

0.5

1

1.5

2

1.79

BLOQUE ARCILLA 15 cm,D1450,frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior

0.95

BLOQUE ALIVEN 10 cm,D1100,poliestireno,frisado, pintura blanca

1.42

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100,poliestireno moldeado, frisado, pintura blanca

1.88

BLOQUE ALIVEN 15 cm,D1100, frisado,poliestireno exterior 2", pintura blanca

1.67

PARED DE POLIESTIRENO 6 cm, sin frisar PARED DE POLIESTIRENO 6 cm,frisada

1.70

PARED DE POLIESTIRENO 6cm(3+3) mortero interno 3

1.70 2.67

PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, sin frisar

2.70

PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, Frisada (3cm)

2.70

PARED DE POLIESTIRENO 10 cm, Frisada (4cm) PARED DE CONCRETO 10 cm

3

1.14

BLOQUE ARCILLA 10 cm,D1450-Frisado, pint blanca,poliestireno 2" exterior

COMPONENTES CONSTRUCTIVOS

2.5

0.23 2.14

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600, 12.5 cm, con poliestireno(7,5),frisado

2.18

TABIQUE FIBRO CEMENTO-D1600,friso1,5-fibro cemento3,2-anime7,8

2.66

D-1TABIQUE ALIVEN 3-POLIESTIRENO 8- FIBRO CEMENTO2-D1600

2.78

D-2 BLOQUE ALIVEN D1600-POLIESTIRENO según diseño

2.64

D-2 BLOQUE ALIVEN D1600-POLIESTIRENO según diseño FRISADO

2.78

CP-10 SIN FRISAR

2.80

CP-10 FRISADO

2.15

CP-7.5 SIN FRISAR

2.18

CP-7.5 FRISADO

FUENTE: PEROZO, 2007

85


86


Gr谩fico 12. Temperaturas diarias de una secci贸n del cerramiento

Bloque de Arcilla de 10 cm frisado

Mortero

M2

CP-10 Fuente: Perozo, 2007 87


88


Grรกfico 13. PLANOS DEL BLOQUE CP-10

Fuente: Perozo, 2007 89


90


Grรกfico 14. PLANOS PLANTA, FACHADA Y CORTE BLOQUES CP-10 TRABADOS

Fuente: Perozo 2007

91


92


Grรกfico 15. ISOMETRรA DE BLOQUES TRABADOS

Fuente: Romero 2012 93


94


Grรกfico 16. PLANOS BLOQUE P-10 (solo poliestireno)

Fuente: Perozo 2007 95


96


Grรกfico 17. PLANOS ACOTADOS BLOQUE P-10 (solo poliestireno)

Fuente: Perozo 2007 97


98


Grรกfico 18. PLANOS ISOMร‰TRICOS BLOQUE CP-10

Fuente: Perozo 2007

99


100


Discusión de Resultados En la presente investigación, a través del análisis y evaluación realizados a los componentes constructivos actualmente utilizados en la ciudad de Maracaibo, las posibles combinaciones propuestas por el investigador y el diseñado como resultado de la investigación, se demostró la importancia del aislamiento resistivo en la disminución de la transferencia térmica por conducción, convección y radiación en ambientes cerrados las 24 horas, y acondicionados artificialmente, corroborando lo expuesto por Machado (COTEDI 2000), quien expresó como las mayores proporciones del flujo de calor en el interior de las edificaciones, son producto del flujo de calor por conducción. Así también se observó, la importancia de la envolvente en ambientes con acondicionamiento pasivo. Atendiendo a estas consideraciones, Perozo (2007), propone la fabricaron de un componente constructivo compuesto por capas de concreto liviano y poliestireno, el cual posee las siguientes características térmicas: Valor “U” 0.36 w/m2 K, Factor Solar 3% y tiempo de transmisión térmica: 8,3 horas. Ver Tabla 6 y gráficos 11 y 12. Por su parte,

Hinz, González, Oteiza y Quirós, Proyecto Clima y Arquitectura (1986),

establecen los materiales recomendados para paredes en climas cálidos y húmedos, los cuales deben cumplir con los siguientes requisitos: Valor “U” máximo: 2.8 w/m2ºC > 0.36 w/m2K, Factor de Calor Solar máximo: 4 % > 3 % y tiempo de transmisión térmica máxima 3 horas < 8.3 horas, como se puede observar, el componente constructivo diseñado supera las características de los componentes constructivo propuestos en anteriores investigaciones.

101


102


CONCLUSIONES Como conclusión general, se establece que se han alcanzado el objetivo general de esta investigación, en tal sentido, se ha diseñado un componente constructivo de alta resistencia térmica y baja capacidad calorífica, el cual supera las recomendaciones hechas para cerramientos en climas cálidos y húmedos. Se utilizó una metodología existente, con los software “Transmitancia” versión 1.0 y “Antesol-06”, la cual fue de gran ayuda en el diseño ya que permitió comprobar resultados de una manera muy eficaz, sin necesidad de fabricar los diferentes componentes constructivos analizados, ni realizar la construcción de los espacio con los diferentes materiales, para hacer las mediciones .

103


104


RECOMENDACIONES Analizar otras opciones de componentes constructivos existentes y nuevos en el mercado u otras posibles combinaciones propuestas, con el fin de determinar otras alternativas más idóneas para ser desarrolladas en la construcción de edificios. Evaluar comparativamente los componentes analizados, en cuanto se refiere a sus características térmicas y la transmisión del flujo de calor del exterior al interior de las edificaciones, de manera de poder mejorar la calidad térmica de las edificaciones. Establecer nuevos materiales o combinaciones de ellos, de manera de incentivar al desarrollo de sistemas constructivos que puedan mejorar la calidad de vida de las personas, sin necesidad de tener costos constructivos tal elevados.

105


106


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González, E. Quirós, C. Bravo, G. Montiel, L. Almao, N. González, J. (2000). COTEDI 2000. Maracaibo, Venezuela. Astrodata. 107


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108


COMPONENTE CONSTRUCTIVO PARA CERRAMIENTOS EXTERIORES  

DISEÑO DE UN COMPONENTE CONSTRUCTIVO PARA CERRAMIENTOS EXTERIORES

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