Los materiales de construcción y su aporte al mejoramiento del confort térmico en viviendas periféricas de la ciudad de Loja.

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“LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Y SU APORTE AL MEJORAMIENTO DEL

CONFORT TÉRMICO EN VIVIENDAS

PERIFÉRICAS DE LA CIUDAD DE LOJA.”

Autor:

Freddy Astudillo

Director:

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CERTIFICACIÓN DEL DIRECTOR DE TESIS

Arq. Leonardo Chávez

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA U.T.P.L

CERTIFICA:

Haber revisado en su totalidad el proyecto de tesis titulado: “LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y SU APORTE AL MEJORAMIENTO DEL CONFORT TÉRMICO EN VIVIENDAS PERIFERICAS DE LA CIUDAD DE LOJA.”, por consiguiente autorizo la presentación final del mismo para su respectiva evaluación.

Loja, Noviembre de 2009

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CESIÓN DE DERECHOS EN TESIS DE GRADO

Yo Freddy Paúl Astudillo Rodríguez, declaro ser autor del presente trabajo y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja, que en su parte pertinente textualmente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la Propiedad Intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos de tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”.

__________________________ Freddy Paúl Astudillo Rodríguez

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AUTORIA

El presente trabajo de investigación, propuesta teórica y conclusiones, a excepción de las ideas transcritas y citas mencionadas, es de exclusividad, responsabilidad del autor, y soy responsable de todo lo que aquí se menciona.

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AGRADECIMIENTO

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DEDICATORIA

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Dios, que ilumina mi vida,

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e guía por el buen camino, e

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nterviene a cada paso importante, y a

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is padres, que con su

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mor incondicional,

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edican su vida, en busca de los más nobles sentimientos y un

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eal y

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special agradecimiento al cariño de una gran amistad.

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INTRODUCCION

Una de las funciones de la Arquitectura es la de crear espacios que brinden condiciones de confort a los usuarios. La búsqueda de la calidad de vida para todos es un pacto de responsabilidad que involucra a los arquitectos en la eficacia del ambiente construido y en la conciencia sobre la eficiencia energética. Estos problemas son esenciales para determinada sociedad, en determinado tiempo y lugar, por lo tanto, para darles respuesta es fundamental preguntarse “dónde” y “cómo” de modo de establecer la relación entre la Arquitectura y el ambiente. Arquitectura eficiente es aquella coherente con las “condiciones climáticas”, ambientales, económicas, culturales y tecnológicas. Si el tipo de respuesta es un modelo (edificio) totalmente desvinculado del ambiente lo más seguro es que sus niveles de habitabilidad estén alejados de los aceptables llegando incluso a condiciones interiores peores a las del exterior.

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PROBLEMÁTICA

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OBJETIVOS

• Objetivo Principal:

- Analizar el comportamiento térmico de los materiales de construcción utilizados en viviendas de la ciudad de Loja estableciendo si su disposición y su uso permiten un adecuado intercambio de temperatura con el exterior con el fin de lograr ambientes térmicamente confortables para sus habitantes, con las correctas estrategias de diseño y de uso de materiales.

• Objetivos Particulares:

- Investigar los porcentajes de uso de materiales en una vivienda estableciendo las ganancias o pérdidas de temperatura en los ambientes.

- Determinar los parámetros ambientales que influyen sobre una vivienda, su importancia y su aprovechamiento para alcanzar un uso adecuado de la energía.

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HIPOTESIS

¡Los Materiales de Construcción utilizados en viviendas de la ciudad de Loja son considerados como entes reguladores del confort térmico y de la calidad de vida de sus habitantes!

METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

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RESUMEN

El presente trabajo investigativo abarca la problemática de los materiales más utilizados en la construcción y su papel en la calidad de confort térmico en viviendas alejadas del centro de la ciudad de Loja. Factores como la clase social, la forma del terreno y las intenciones de diseño y planificación de la vivienda con respecto al entorno fueron muy importantes a la hora de determinar los casos de estudio.

A lo largo de la investigación se pudo constatar que no existen normativas, reglas o guías de diseño acerca del comportamiento térmico de los materiales frente al clima.

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INDICE

• Certificación del director de tesis 2

• Cesión de derechos en tesis de grado 3

• Autoría 4

• Agradecimiento 5

• Dedicatoria 6

• Introducción 7

• Problemática 8

• Objetivos 9

• Hipótesis y metodología de investigación 10

• Resumen 11

• Índice 12

1. Capítulo I: MARCO TEORICO REFERENCIAL 17

1.1.Conceptos bioclimáticos básicos 18

1.1.1. El Calor 18

1.1.2. Formas de transmisión del calor 18

1.2.El color 19

1.2.1. Naturaleza de los colores. 19

1.2.2. Captación de la energía solar 20

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1.3.Capacidad calorífica 21

1.4.La inercia térmica 22

1.5.Masa térmica 23

1.5.1. Propiedades requeridas para una buena masa térmica 23

1.6.Aislamiento térmico. 24

1.7.Pérdida de calor en los edificios.- 24

1.8.Efecto invernadero. 25

1.9.Soleamiento 26

1.9.1. Radiación Solar 26

1.9.2. Radiación directa y difusa 27

1.9.3. Geometría solar 27

1.9.4. Equinoccios y Solsticios 28

2. Capítulo II: CONFORT TERMICO 29

2.1.Antecedentes: Arquitectura Bioclimática 30

2.2.Confort térmico 31

2.2.1. Generalidades 31

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2.3.Parámetros ambientales del confort térmico 32

2.3.1. Temperatura del aire (Ta): 33

2.3.2. La humedad relativa (HR). 33

2.3.3. La temperatura de radiación (Tmr). 34

2.3.4. Movimiento del aire (V). 34

2.4.Factores de confort. 35

2.4.1. Metabolismo. 36

2.4.2. Aclimatación 37

2.5.Balance térmico 38

2.6.Ábacos Psicométricos 38

2.6.1. Ábaco de Givoni. 38

3. Capítulo III: MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 40

3.1.Generalidades 41

3.2.Uso de materiales de construcción en la ciudad de Loja 41

3.3.Análisis de los materiales de construcción a estudiar 43 3.3.1. Propiedades térmicas de los materiales de construcción 43

3.3.2. Hormigón 44

3.3.3. Ladrillo 47

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4. Capítulo IV: INVESTIGACION DE CAMPO 57

4.1.Condiciones climáticas locales 58

4.1.2. Características 58

4.1.3. Clima 58

4.1.4. Análisis de recorridos solares en la ciudad de Loja 61

4.1.5. Posición del sol con respecto al horizonte 62

4.2.Análisis de viviendas periféricas en la ciudad de Loja. 63

4.2.1. Justificación del área de estudio. 63

4.2.2. Justificación de viviendas de estudio 64

4.3.Análisis de Vivienda No1 66

4.3.2. Parámetros Generales 68

4.3.3. Análisis de proporciones de materiales en las diferentes fachadas. 81 4.3.4. Análisis térmico de espacios componentes de la vivienda. 83

4.4.Análisis de Vivienda No2 114

4.4.2. Parámetros Generales 116

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5. Diagnostico de las viviendas estudiadas. 162

5.1.Diagnóstico de Vivienda No1 163

5.2.Diagnóstico de Vivienda No2 169

6. Propuesta Teórica. 176

7. Comprobación de Hipótesis 183

8. Conclusiones 184

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MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

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1. Capítulo I: MARCO TEORICO REFERENCIAL

1.1.Conceptos bioclimáticos Básicos:

1.1.1. El Calor.-

“Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.”1

1.1.2. Formas de transmisión del calor.-

Es importante tener presentes los mecanismos de transmisión del calor para comprender el comportamiento térmico de un edificio, pudiendo presentarse de tres formas diferentes:

• “Conducción.- En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción.”2

• Convección.- “Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por El calor se transmite a través de la masa del propio cuerpo.

un proceso llamado convección.”3

2

Idem, /Transferencia de calor

Imagen 1: Formas de transmisión del calor

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• Radiación.- “La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío.”4

1.2.El color

1.2.1. Naturaleza de los colores.-

El color con el que observamos un objeto es causado por la reflexión de la luz u ondas luminosas que inciden sobre él, es decir: “El color de un objeto depende de lo que le sucede cuando la luz incide sobre él. Los diferentes materiales absorben algunos colores y reflejan otros. Los colores que vemos son los colores reflejados por el objeto.”5

Así mismo la radiación calorífica o calor es la radiación luminosa infrarroja que un objeto es capaz de absorber en mayor o menor medida en relación al color. En los objetos blancos, no absorben casi ninguna radiación luminosa y los negros las absorben casi todas.

“Es muy distinto el color de la luz que emite un objeto (lo cual es proporcional a su temperatura superficial) de el color de la luz que es reflejada por un objeto (lo cual corresponde a su pigmentación).”6

4_{Idem, /Transferencia de calor}

En los colores oscuros no existe reflexión de la luz, por eso se los observa de ese color, al contrario en los colores claros gran cantidad de la energía es reflejada. Por la ley de conservación de energía, ningún tipo de energía se pierde sino que se transforma. En estos colores oscuros, la energía de la luz es transformada en forma de calor. En el blanco, el color más claro, se refleja el 100% de la luz y nada es absorbido.

5 6

Imagen 2: Naturaleza de los colores

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1.2.2. Captación y Aprovechamiento de la energía solar.

“La absorción decrece y la luz reflejada aumenta con la claridad del color, pero el color no indica el comportamiento de una superficie con respecto a la radiación que pueda emitir en virtud de su temperatura.”7

El tipo de superficie es muy importante para la reflexión y absorción del calor, es decir: “Independientemente del color, la reflexión de las superficies lisas y pulidas es muchas veces superior que el de las rugosas.”

Es decir, el poder de absorción del color negro es muy distinto al color blanco, es así que una superficie negra se vuelve más caliente a la radiación solar, al contrario que una superficie blanca que se mantiene más fría. En la noche su comportamiento es similar y las dos superficies pierden calor de la misma forma.

8

“No obstante, en la realidad la pigmentación no es perfecta. Por lo tanto, sólo un porcentaje de la luz es reflejada o absorbida. Este porcentaje se conoce como coeficiente de absorción o coeficiente de reflexión, según sea el caso. Un coeficiente de absorción de 0,9 significa que 90 % de la luz que incide en un objeto será absorbida por él. Por otra parte, existen materiales que, pigmentados o no, dejan pasar parte de la luz que reciben. Es el caso de los materiales parcialmente transparentes que pueden ser plásticos o de vidrio. En ellos operan tres coeficientes, ya que si alguno tiene algún pigmento, refleja y absorbe parte de la luz y el resto es transmitido. Un vidrio común, por ejemplo, podrá transmitir entre 80 ó 90 % de la luz que incide en él.”9

1.2.3. Coeficiente de absorción de calor de los colores.

Según la Universidad Regional de Campinas (Unicamp) establece que:10

7

Idem 8

Idem 9

Idem 10

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Los colores que más absorben calor son los de tonalidad oscura:

• El negro, absorbe 98 por ciento del calor que llega a la superficie;

• El gris oscuro (90 por ciento),

• El verde oscuro (79 por ciento),

• El azul oscuro (77 por ciento),

• El amarillo oscuro, el marrón y rojo oscuro (70 por ciento).

Por el contrario, los que menos calor absorbieron fueron:

• El blanco (20 por ciento),

• El amarillo claro (28 por ciento),

• El perla (28 por ciento),

• El marfil (28 por ciento),

• El pajizo (30 por ciento) ,

• El blanco hielo (33 por ciento) y

• El azul claro (35 por ciento).

1.3.Capacidad calorífica.

“Es la energía necesaria para aumentar en un grado la temperatura de un cuerpo.”11_{“Indica la mayor o menor dificultad que} presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Se suele designar con las letras C o c.”12

11

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1.4.La inercia térmica

“La inercia térmica es la capacidad que tiene la masa de conservar la energía térmica recibida e ir liberándola progresivamente, disminuyendo de esta forma la necesidad de aportación de climatización.”13

Dicho de otra manera es la capacidad de un material para conservar el calor acumulado y la velocidad con la que cede o absorbe del entorno. Desde el punto de vista de la Reacción del Material, la Inercia Térmica es la resistencia que ofrece el elemento a ser calentado. Mayor inercia térmica equivale a mayor resistencia a que aumente la temperatura ya que consigue repartir mejor el calor por todo él, teniendo que calentar más materia del elemento y no concentrarse sólo en la zona de contacto con el flujo térmico.

Es decir, es la capacidad de un material para acumular y ceder calor.

“En edificios con una gran inercia térmica, la radiación solar no provocará una súbita subida de la temperatura al interior, pues el calor se está almacenando en la piel del edificio, y posteriormente se liberará lentamente por la noche, por lo que no producirá una disminución brusca de la temperatura interior. De éste modo las variaciones de temperatura se amortiguan, sin alcanzar valores extremos.”14

13

http://www.construmatica.com/construpedia/Inercia_T%C3%A9rmica / 22 de Agosto de 2008 14

BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PARA LOS ANDES ECUATORIALES.Barcelona,España. Pag.: 132

En principio cuanta más

masa haya, más poder de acumulación, pero no siempre unos muros excesivamente gruesos funcionarán mejor. En un clima frío y en invierno, un espesor excesivo hace que no llegue a calentarse interiormente todo el muro y por tanto puede coger el calor acumulado para calentarse él mismo antes de cederla al ambiente.

Imagen 3: Inercia Térmica

Fuente: BARRERA Oswaldo,

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1.5.Masa térmica

“En sentido general, cualquier masa capaz de absorber y almacenar calor. Desde el punto de vista de la arquitectura, sería cualquier masa capaz de absorber y almacenar el calor proporcionado por la radiación solar en los momentos en que no se necesita este calor, para luego ir liberándolo en los momentos en que sí se necesita, por ejemplo, durante la noche”15_{. “La} masa térmica, provoca un desfase entre los aportes de calor y el incremento de la temperatura, funcionando a distintos niveles.”16

• En el ciclo diario, el calor acumulado durante el día es liberado durante la noche.

• En el ciclo interdiario, la masa térmica está en la capacidad de mantener ciertas condiciones de temperatura durante algunos días, así la fuente de calor esté ausente.

• En ciclo anual, funciona con grandes más térmicas como el suelo, o masas de agua pueden lograr que el calor de verano sea aprovechado en invierno.

Velocidad de calentamiento y masa térmica son inversamente proporcionales, debido al desfase entre su captación y la posterior liberación de energía.

1.5.1. Propiedades requeridas para una buena masa térmica

“Los materiales ideales para constituir una buena masa térmica son aquellos que tienen: alto calor específico, alta densidad y baja (aunque no sea excesivamente baja) conductividad térmica”17

15

Cuando los materiales poseen una buena masa térmica, tienen la capacidad de almacenar el calor y liberarlo posteriormente de manera muy lenta.

16

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1.6.Aislamiento térmico.-

“El aislamiento térmico dificulta el paso del calor por conducción o convección, dependiendo de la ubicación del aislamiento, del interior al exterior del edificio y viceversa. Por ello es mucho más eficaz cuando en el exterior se registran altas variaciones de temperatura.”18

Los materiales porosos o poco densos son buenos para conseguir aislamiento térmico, ya sea colocado interna o externamente. Las áreas acristaladas funcionan de manera muy eficaz para captar la luz y la radiación solar, pero en la noche se convierten en importantes sumideros de calor hacia el exterior por conducción y convección. En este sentido un doble acristalamiento funciona mejor ante las pérdidas de calor por las noches, pero también se pierde captación solar en el día.

1.7.Pérdida de calor en los edificios.-

Esta imagen de colores falsos muestra el calor que se escapa de una vivienda en forma de rayos infrarrojos. Las zonas negras son las que menos calor irradian, mientras que las blancas (que coinciden con las ventanas) son las que más calor pierden.

En un edificio, los tres mecanismos de transmisión del calor funcionan para producir pérdidas de calor, sean estas controladas o no. En su interior, el calor

18

BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PARA LOS ANDES ECUATORIALES.Barcelona,España. Pag.: 134-135

Imagen 4 y 5: Aislamiento exterior y aislamiento interior

Fuente: BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA. Pág.: 135

Imagen 6: Perdidas de calor

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se transmite entre los paramentos (muros, techos, suelos) principalmente por

radiación, y entre los paramentos y el aire interior principalmente por convección. El calor atraviesa los paramentos del edificio por conducción, hasta alcanzar el exterior, donde se disipa por convección y radiación.

Cuando hay viento, la convección forzada

1.8.Efecto invernadero.

, hace que el calor que se transmite del interior al exterior del edificio se disipe mucho más rápidamente por la piel exterior del edificio. Para disminuir este fenómeno es necesario evitar que el viento golpee el edificio, ya sea eligiendo una ubicación protegido de los vientos dominantes en épocas frías, o bien estableciendo barreras naturales mediante el uso de vegetación.

“Según el cual la radiación penetra a través de vidrio, calentando los materiales dispuestos detrás suyo; el vidrio no deja escapar la radiación infrarroja emitida por estos materiales, por lo que queda confinada entonces en el recinto interior. Los materiales, calentados por la energía solar, guardan este calor y lo liberan, posteriormente, atendiendo a un retardo que depende de su 19

El comportamiento del vidrio ante la radiación del sol, da lugar a 2 fenómenos, por un lado es transparente a la radiación visible, y por otra parte es opaco a la radiación infrarroja (calor). Un invernadero almacena calor durante el día por atrapar la radiación infrarroja, pero por la noche pierde ese calor acumulado, por conducción y convección, por lo que en este tipo de espacios resultará eficiente cuando se lo proteja con sistemas de aislamientos.

19

Imagen 8: Efecto invernadero

Fuente:

http://www.geocities.com/researchTriangle/f acility/8776/Pag02E.htm

Imagen 7: Transmisión de calor en ambientes

Fuente: BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA

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1.9.Soleamiento

1.9.1. Radiación Solar

Movimientos de la Tierra y variaciones atmosféricas: Por todos es sabido que el sol es la fuente principal de energía (calor) que regula los fenómenos meteorológicos. La tierra con relación al sol realiza dos movimientos: el de traslación y el de rotación que tienen un vínculo con el tiempo atmosférico, el clima y sus variaciones.

“El movimiento de traslación es el recorrido que efectúa el planeta en torno al Sol. El tiempo que tarda la Tierra en completar esa órbita da origen al año terrestre, y las distintas estaciones comienzan siempre en las mismas épocas de ese año.”20_{La órbita} de la tierra describe una forma elíptica en lugar de ser circular, esto crea variaciones de distancia entre la tierra y el sol a lo largo de su órbita, por esto la cantidad de energía proveniente del sol varía a lo largo del año, cada estación está determinada por las cuatro posiciones principales de la tierra en relación al sol, estas reciben el nombre de solsticios y equinoccios.

“El movimiento de rotación es el giro que ejecuta la Tierra sobre sí misma, de oeste a este, basado en un eje imaginario que pasa por los polos terrestres. Este eje está inclinado algo más de 23º (plano de la eclíptica) con respecto al plano en el que orbita la Tierra alrededor del Sol, y su orientación es fija por lo que su extremo norte apunta constantemente a la Estrella Polar.”21

20

Idem

La inclinación del eje de la tierra establece dos sucesos importantes: provoca la desigualdad de los días y las noches y la sucesión de las estaciones, pero la desigualdad se crea porque la tierra gira inclinada.

Fuente: Microsoft ® Encarta ® 2009. / Clima

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1.9.2. Radiación Directa y Difusa

“La radiación que incide sobre una superficie directamente del sol, sin sufrir cambios de dirección, se conoce como radiación directa mientras que aquella que llega después de ser reflejada22_{o incluso la radiación infrarroja emitida por las moléculas después de} sufrir un calentamiento por efecto de absorción de radiación solar, se conoce como radiación difusa.”23

1.9.3. Geometría Solar.-

“La tierra recorre una órbita anual elíptica en torno al sol, con una ligera excentricidad que hace que en diciembre la radiación sea un 4% mayor que en junio. Además la tierra realiza su movimiento de rotación con un hecho muy importante que el plano del Ecuador no es paralelo al plano de la elíptica, formando un ángulo fijo de 23,45º, conocido como oblicuidad de la elíptica, que da como resultado los períodos climáticos del año.”24

22

La componente de la radiación difusa, conocida como reflejada, es como su propio nombre lo indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, llamado también albedo.

23

BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PARA LOS ANDES ECUATORIALES.Barcelona,España. 24

Imagen 12: Geometría Solar

Fuente: BARRERA Oswaldo,

INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA, pág. 77

Imagen 11: Radiación Directa y Difusa

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1.9.4. Equinoccios y solsticios.-

La bóveda celeste, el ecuador, la eclíptica, los solsticios y los equinoccios. El plano de la eclíptica viene definido por la trayectoria aparente del Sol en la bóveda celeste a lo largo del año. “Forma un ángulo de unos 23º26’ (23,5˚ aproximadamente) con el plano del ecuador celeste.25

“Los solsticios son los momentos del año en los que la posición del Sol sobre la esfera celeste alcanza sus posiciones más boreales o australes. Los solsticios son los dos puntos de la esfera celeste en la que e

En donde se cruzan esos planos imaginarios están los puntos equinocciales, separados 180º entre sí. A 90º de ellos sobre la eclíptica están los solsticios. Los solsticios y equinoccios señalados corresponden al Hemisferio Sur.

(+23º 27') y su máxima declinación sur (-23º 27') con respecto al ecuador celeste"26

“Se denomina equinoccio al momento del

que los

noches en el

de marzo y el 21 de septiembre, épocas en que los dos polos de la tierra se encuentran a igual distancia del sol, cayendo la luz solar por igual en ambos hemisferios”.27

25

http:// es. Wikipedia.org/ wiki /Solsticio / 15 de Septiembre de 2008 27

http://es.wikipedia.org/wiki/Equinoccio

Imágenes 13, 14,15 y 16: Solsticios y equinoccios

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CONFORT TERMICO

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1. Capítulo II: CONFORT TÉRMICO

1.1. Antecedentes: Arquitectura Bioclimática

Arquitectura Bioclimática: Por los años sesentas (1963) los hermanos OLGYAY proponen el término de “Diseño Bioclimático” comunicando el valor de los vínculos entre la vida y el clima (factores naturales) en relación con el diseño. Hoy existe un sinnúmero de definiciones como diseño ambiental, ecodiseño, diseño natural, biodiseño, etc.; en todos se enfatiza la relación Hombre-Naturaleza-Arquitectura.

“L conseguir unas condiciones de bienestar interior, aumentando notablemente la calidad de vida. Esto se consigue aprovechando las condiciones del entorno, donde el clima, el microclima, la orientación, los vientos, la humedad, y por supuesto una buena elección de materiales, nos dan como resultado una solución particularizada consiguiendo una casa más integrada en el medio, más agradable, económica y sobre todo sana.”1

1

www.veoverde.com/2009/03/arquitectura-bioclimatica / 15 de Enero de 2009

Por lo tanto no se puede imaginar una arquitectura en la que el ambiente no forme parte integral del diseño y no se cree espacios que estén llenos de confort para sus usuarios. Crear espacios «habitables» que cumplan con una finalidad funcional y expresiva y que sean física y psicológicamente adecuados; que propicien el desarrollo integral del hombre y de sus actividades. Esto puede lograrse a través de un diseño lógico, de sentido común, a través de conceptos arquitectónicos claros que consideren las variables climáticas y ambientales en relación al hombre.

Imagen 17: Arquitectura Bioclimática

Fuente:

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1.2.CONFORT TÉRMICO.

1.2.1. Generalidades

El confort térmico es una sensación neutra de la persona respecto a un ambiente térmico determinado. Según la norma ISO 7730 el confort térmico “es una condición mental en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico”2

“Para llegar a la sensación de confort, el balance global de pérdidas y ganancias de calor debe ser nulo conservando de esta forma nuestra temperatura normal, es decir se alcanza el equilibrio térmico.”

. Es decir, el confort se refiere a un estado del ser humano en la siente una sensación de bienestar, salud y comodidad, al evaluar las condiciones de confort de un espacio, el ambiente térmico debe ser considerado conjuntamente con otros factores, como la calidad del aire, niveles de luz y ruido, etc. Si el usuario siente que su entorno diario no es satisfactorio, su rendimiento disminuirá inevitablemente.

3

1.2.2. La sensación de confort térmico.

El cuerpo humano genera calor al mismo ritmo que lo pierde para mantener nuestra temperatura corporal normal, esto nos lleva sin duda a un concepto de intercambio de temperatura (calor) entre el hombre y el ambiente.

La regulación de la temperatura a nivel fisiológico se complementa con mecanismos de regulación a nivel psicológico relacionados con la sensación de confort térmico que depende de las condiciones del medio, de la sensibilidad de las personas y del tipo de respuestas más o menos conscientes que permiten restaurar el confort térmico mediante el desplazamiento local, regulando la intensidad de la actividad, utilizando prendas de vestir, utilizando refugios y adecuando el diseño y gestión de las edificaciones, las ciudades y de los factores globales que actúan a escala de la noosfera como se plantea el cambio climático.

2

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En general, estos mecanismos consumen energía cuando la temperatura es baja y se siente frío, se desarrollan acciones

conscientes que permiten mejorar la sensación de confort aumentando la recepción de energía o evitando su perdida. Lo cual indirectamente garantizan la temperatura interna. Por el contrario, si se siente calor, se puede favorecer la pérdida de calor poniendo en funcionamiento mecanismos de refrigeración que también incrementan el consumo energético. Sin embargo, la gestión no sólo se plantea a nivel de garantizar la subsistencia sino que previamente se orienta a mejorar las condiciones de confort térmico en términos cuantitativos.

1.3.PARÁMETROS AMBIENTALES DEL CONFORT TÉRMICO

El confort térmico depende de varios parámetros globales externos, como la temperatura del aire, la velocidad del mismo y la humedad relativa, y otros específicos internos como la actividad física desarrollada, la cantidad de ropa o el metabolismo de cada individuo. Para llegar a la sensación de confort, el balance global de pérdidas y ganancias de calor debe ser nulo conservando de esta forma nuestra temperatura normal, es decir se alcanza el equilibrio

térmico.

Según Fanger (Roset, 2001), son seis los factores y parámetros básicos que influyen directamente en los porcentajes de pérdida de calor del cuerpo humano, afectando el bienestar térmico:

• Temperatura del aire (Ta), entre 18 y 26 ºC

• Humedad relativa (HR), entre el 40 y el 65 %

• Temperatura media radiante (Tmr), entre 18 y 26 ºC

• Velocidad del aire (V), entre 0 y 2 m/s

• Tasa metabólica (M),

• La ropa (Clo).

Imagen 18: Relación de los Parámetros Ambientales del

Confort Térmico

Fuente:

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1.3.1. Temperatura del aire (Ta

Este concepto abarca primordialmente al aire que se encuentra alrededor del cuerpo, parámetro que nos da el estado térmico del aire a la sombra. Es concepto es de vital importancia ya que es decisivo a la hora de determinar el flujo de calor entre el cuerpo y el ambiente, (sensación de frío y calor que perciben las personas), juntamente con la humedad relativa permite determinar la zona en la que las personas se encontrarían confortables.

):

“Para el confort humano, la temperatura ambiental deseable depende en gran parte en las necesidades del individuo y en varios otros factores. Según el observatorio de salud pública de West Midlands, Gran Bretaña, 21 °C (70 °F) es la temperatura ambiental recomendada para la mayoría del hogar, excepto en el dormitorio, donde se recomienda una temperatura ambiental de 18 °C (64 °F). Un estudio efectuado por la temperatura ambiental elevada se correlacionaba con un ambiente de cooperación disminuido. El estudio recomendó mantener una temperatura ambiental máxima de 22 °C (72 °F).”4

1.3.2. La humedad relativa (HR).

“La humedad relativa, es la razón entre el contenido efectivo de vapor en la atmósfera y la cantidad de vapor que saturaría el aire a la misma temperatura.”5

La cantidad de humedad en el aire puede ser capaz de determinar la sensación térmica de manera contraria ya que en un ambiente muy caliente, al aumentar la humedad relativa, impide que el cuerpo humano pierda calor por evaporación de agua, pero si son muy bajos, el cuerpo se deshidrata. Se estima que la humedad relativa debe oscilar entre los 30 y 70% en temperaturas entre los 15 y 30o

4

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_ambiente / 25 de Diciembre de 2008 5

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1.3.3. La temperatura de radiación (Tmr).

“Se la define como la temperatura media irradiada por las superficies que componen un espacio interior”.6 En Arquitectura la temperatura que irradia los muros, paredes y piso serán primordiales en la sensación de frío o calor que el cuerpo percibe en un local, independientemente de la temperatura del aire. Por lo tanto estas superficies al irradiar calor van incrementar la temperatura del local, y si la sumatoria de dichas temperaturas es mayor a la temperatura corporal del ser humano, éste sentirá calor, y si la sumatoria es menor, el cuerpo sentirá frío. Se puede sentir confortable a temperaturas bajas, cuando la temperatura de radiación es alta, es decir, en un día frío, podemos sentirnos agradables si estamos en un ambiente exterior recibiendo el sol de mediodía, o un ambiente interior en el que la temperatura es baja (15oC), pero las superficies de las paredes se encuentran calientes (22o_C).

1.3.4. Movimiento del aire (V).

Las corrientes ambientales son una preexistencia de la naturaleza, que tiene como funciones

principales, refrescar y ventilar los ambientes interiores, reduciendo la humedad y conservando ambientes más sanos, por lo tanto su influencia en las personas es fundamental ya que influye en su confort térmico, dependiendo de su intensidad y su frecuencia.

El aire en movimiento provoca diferentes sensaciones en el hombre que se describen a continuación:

6

BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PARA LOS ANDES ECUATORIALES. Barcelona, España. Capítulo 4, pag. 161

Imagen 19: temperatura de radiación

(Fuente:

www.tdr.cesca.es/TESIS_UPC

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En ambientes interiores, un movimiento de aire de 1 m/sg., puede disminuir la

sensación de temperatura en 2 a 3oC. A partir de un movimiento de 2 m/sg., el aire puede ser molesto, siendo este el límite máximo de velocidad de aire en un ambiente interior; en temperaturas de aire que exceden los 33o_{C, el movimiento del aire no} influye en la sensación de calor.

1.4.FACTORES DE CONFORT.

“Son aquellas condiciones propias de los usuarios que determinan su respuesta al ambiente. Son independientes de las condiciones exteriores y, más bien, se relacionan con las características biológicas, fisiológicas, sociológicas o psicológicas de los individuos. Se pueden clasificar del siguiente modo:”7

7

Velocidad del aire Sensación

De 4 a 5 m/seg. Imperceptible

De 5 a 8 m/seg. Agradable

De 8 a 16 m/seg. Agradable con acentuada percepción

De 16 a 25 m/seg. Entre soportable y molesta

[image:35.842.166.779.90.435.2]

Mayor a 25 m/seg. No soportable

TABLA 1: Sensación Térmica del aire en movimiento en el exterior

Fuente: BARRERA Oswaldo, INTRODUCCIÓN A UNA

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PARA LOS

ANDES ECUATORIALES. pág. 162

Imagen 20: Movimiento de Aire

Fuente:

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Factores del Confort

Factores Personales

Metabolismo (Alimentación, Actividad) Base o Basal De trabajo o Muscular

Ropa. Grado de aislamiento

Tiempo de permanencia (Aclimatación) Salud y color de la piel

Historial térmico, lumínico, visual y acústico

Inmediato Mediato (Situación geográfica, época del año) Sexo, edad, peso (constitución corporal)

Factores Socio-culturales Educación: Expectativas para el momento y lugar considerados

Dentro de este grupo, los más analizados, e incluso cuantificados, han sido los factores personales y como principal actor tenemos el metabolismo y aclimatación; tal vez, porque ha sido más fácil ver y cuantificar su repercusión en el confort. De hecho, se han establecido algunas fórmulas y formas de medición que han ayudado a determinar parámetros estos factores con el objetivo de evaluar las condiciones de un lugar en función de las características del usuario y de las actividades que lleva a cabo. Por su parte, los socio-culturales, por ser factores más subjetivos, son más difíciles de medir y solamente han permitido una evaluación cualitativa. En concreto, hasta hoy no se han elaborado parámetros que permitan de un modo o de otro cuantificar la influencia de estos factores en los requerimientos de confort.

1.4.1. Metabolismo.

“Uno de los procesos biológicos fundamentales del cuerpo humano es el denominado metabolismo, mediante el cual los alimentos compuestos principalmente de carbono e hidrógeno se combinan con el oxígeno absorbido por los pulmones, para producir calor y energía destinados a la realización de los trabajos internos y externos del cuerpo humano.”8

8

epet12alegalarza.googlepages.com/02-SENSACINDECONFORT.doc / 25 de enero de 2009

TABLA 2: PARAMETROS Y

FACTORES DE CONFORT.

Fuente: www.tdr.cesca.es/TESIS

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Del total de ésta energía liberada, de un 75 a un 80%, se destina para mantener nuestros órganos y sistemas funcionando de

manera que nuestra temperatura interna está constantemente alrededor de 37ºC. El restante 20 a 25% es la energía que nos queda para desarrollar un trabajo. La liberación de la energía en el cuerpo humano está influenciado por varios factores, que van desde la actividad que se esté realizando, la edad, sexo, etc.

1.4.2. Aclimatación:

“Aclimatación es el proceso por el cual un organismo s general tienen relación directa con el9

9

Algunos investigadores afirman por ejemplo que: el hombre al ser expuesto repentinamente a una temperatura de 13,5°C genera un 64% más de calor que cuando está en condiciones de confort. No obstante, al mantenerse a esta temperatura por 31 días, el nivel desciende a un 30 y 40% de producción de calor. En definitiva un aumento de calor aumentará nuestro metabolismo, por consiguiente nuestra temperatura experimentará un ascenso, debido a un aumento del ritmo cardiaco, la sudoración y la temperatura de los tejidos. Es decir el cuerpo humano al ser expuesto a condiciones extremas de temperatura, sean altas o bajas, en primer se experimentará un aumento del metabolismo basal, pero al acostumbrarse a dichas condiciones de temperatura el metabolismo disminuye, por tanto disminuye la producción de calor del cuerpo, llegando a modificarse sus niveles de confort térmico.

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1.5.BALANCE TÉRMICO

El concepto de balance térmico, tiene que ver con el equilibrio que debe existir entre el hombre y su medio térmico, en la que interviene el metabolismo como ente regulador del calor del cuerpo, esto se logra con mecanismos como la evaporación del sudor, o el intercambio por radiación, convección o conducción que se dan entre el cuerpo humano y los elementos que conforman el entorno inmediato.

1.6.Ábacos Psicométricos

Existen en la actualidad un sin número de Diagramas o Ábacos Psicométricos pero para este estudio nos concentraremos en el Abaco de Givoni, debido a su practicidad y la relación que tiene con los parámetros ambientales del confort térmico.

1.6.1. Ábaco de Givoni.-

En la gráfica de Givoni, se puede observar y evaluar las condiciones térmicas de un espacio en función de sus parámetros ambientales, como son:

Imagen 21: Balance Térmico del Cuerpo

Humano.

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• Temperatura del aire (Ta)

• Humedad relativa (HR)

• Velocidad del aire (V)

• Temperatura de radiación (Tr)

La gráfica nos permite determinar la zona de confort de un espacio en los que se muestra los rangos climáticos en el que un usuario puede estar confortable térmicamente. Factores como la edad, sexo, actividades, etc., no son tomados en cuenta debido a su baja influencia y el autor de la gráfica no las cree importantes.

“Además de las zonas de confort de invierno y verano, se delimitan ciertas zonas en donde las condiciones ambientales pueden ser mejoradas o corregidas con movimiento de aire, radiación, inercia térmica o refrigeración evaporativa”10

10

como se puede observar en la gráfica.

Gráfica 1: Abaco de Givoni

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1. Capítulo III: LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1.1. Generalidades

Ante el clima debemos asegurar que todos los elementos de nuestra vivienda sean los adecuados y debemos preguntarnos ¿Cómo conseguir esto? Mediante el aislamiento, dimensiones razonables, orientación y aberturas adecuadas y aprovechamiento de los recursos y la energía del entorno. Una casa bien aislada pierde la mitad de calor, y si está bien orientada y con aberturas convenientes gana 3 veces más energía que una casa convencional, con lo que sumados ambos conceptos, es posible gastar 6 veces menos energía que una casa convencional.

En este capítulo analizaremos los materiales más utilizados en la construcción de viviendas de nuestras ciudad y como trabajan frente al clima local, analizando sus propiedades y su comportamiento.

Paredes, techo y suelo son los principales actores, aunque también hay que prestar especial atención a las ventanas.

1.2. Uso de materiales en la ciudad de Loja.1

En un análisis realizado por el autor de la presente tesis a las diferentes edificaciones (viviendas) de la ciudad de Loja se pudo determinar los diferentes materiales que intervienen en la construcción actual con el objeto de determinar los que necesitamos para nuestro estudio:

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Gráfica 2, 3, 4, 5, 6 y 7: Porcentajes de utilización de los Materiales de Construcción en la ciudad de Loja

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De este análisis a través de encuestas se pudo constatar los materiales utilizados actualmente para la construcción para poder

analizarlos detenidamente y estos son:

• Estructura: Hormigón armado

• Mampostería: Ladrillo macizo

• Ventanas: estructura de aluminio con vidrio simple de 3 a 5 mm.

De esta forma en el presente estudio se puede determinar los materiales para nuestro estudio: hormigón, ladrillo macizo y vidrio

1.3.ANÁLISIS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN A ESTUDIAR:

1.3.1. PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

MATERIAL Temperatura

ºC

Densidad

ρ

kg m3

Calor específico

cp

Joules kgºK

Cond. Térmica

k

W mºK

Difusiv. Térmica

α x 105

m2 seg

Hormigón (seco) 20 500 837 0,128 0,049

Vidrio, (ventanas) 20 2800 800 0,810 0,034

Ladrillo de

mampostería 20 1700 837 0,658 0,046

TABLA 3: PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

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“Definición de términos:”2

• Densidad (ρ): masa de material por unidad de volumen: ρ = m / V (kg/m3

• Calor específico (C): cantidad de energía necesaria para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de material. Indica la mayor o menor dificultad que presenta una sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Los materiales que presenten un elevado calor específico serán buenos aislantes. Sus unidades del Sistema Internacional son J/(kg·K), aunque también se suele presentar como kcal/(kg·ºC); siendo 1 cal = 4,184 J. Por otra parte, el producto de la densidad de un material por su calor específico (ρ · C) caracteriza la inercia térmica de esa sustancia, siendo esta la capacidad de almacenamiento de energía.

).

• Conductividad térmica (k): capacidad de un material para transferir calor. La conducción térmica es el fenómeno por el cual el calor se transporta de regiones de alta temperatura a regiones de baja temperatura dentro de un mismo material o entre diferentes cuerpos. Las unidades de conductividad térmica en el Sistema Internacional son W/(m·K), aunque también se expresa como kcal/(h·m·ºC), siendo la equivalencia: 1 W/(m·K) = 0,86 kcal/(h·m·ºC).

• Difusividad térmica (α): caracteriza la rapidez con la que varía la temperatura del material ante una solicitud térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie. Se puede calcular mediante la siguiente expresión: α = k / (ρ · C) (m2_/s)

1.3.2. HORMIGÓN

La tabla muestra los valores de resistencia térmica de muros de hormigón armado para distintos espesores, calculado con una conductividad de 1.63 W/m °C indicada en la norma NCh 853 of 91.3

2

3

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La tabla indica los valores de conductividad y resistencia térmica para hormigones de similares densidades utilizados en

el extranjero. Para efectos de comparación se considera un muro de hormigón de 20 cm de espesor.

Como se aprecia, los valores de conductividad y resistencia térmica establecidos en la norma NCh 853 of 91 son similares a los indicados en la Tabla 2.2, y las variaciones producidas son consecuencia de variabilidad del ensayo, dosificación de hormigones y/o propiedades térmicas de los materiales componentes (áridos, cemento, enfierradura).

El calor específico para hormigones entre 2200 y 2400 kg/m3 de densidad es °C).× h/Kg ×aproximadamente: 0.23 a 0.30W.

Tabla 4: Resistencia térmica hormigón armado

Fuente: norma NCh 853 of 91

Tabla 5: Resistencia térmica hormigón armado

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EJEMPLO: HORMIGÓN CELULAR ARMADO.

VENTAJAS E INFLUENCIA DEL HORMIGÓN CELULAR LIVIANO EN LA CONSTRUCCIÓN:

• Tiene una baja densidad y conductividad térmica

• Presenta una alta resistencia a exigencias mecánicas

• Bajo peso y baja conductividad

• Aislante térmico

Aislación térmica:

El Hormigón Celular Liviano presenta una excelente conducción y transmitancia térmica, bastante superior a la media que presentan los muros exteriores en el caso de la construcción convencional.

En una vivienda estándar la distribución de las pérdidas de energía entre sus diferentes sectores es el ilustrado en LA Tabla 8.

Elementos Pérdidas %

CUBIERTAS 30

RENOVACION DE AIRE 20

PISOS 16

PARED 16

VENTANAS 13

Tabla 6: Distribución de las pérdidas de energía en una vivienda

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Tabla Aislamiento Térmico

Transmitancia térmica de muros de: (U=W/m2 K)

Hormigón Celular 15 cm, sin estuco. 0.90

Ladrillo macizo industrial de 14 con estuco de 2 cm por lado. 2.56

Hormigón armado de 15 cm, con estuco de 2,5 cm por lado. 3.33

Tabla Coeficiente de Conducción Térmica

Coeficiente Conducción Térmica =W I (mºK)

Hormigón Celular BHS 0.07

Hormigón Celular 0.16

Hormigón Armado 1.63

Fibrocemento 0.22

Ladrillo artesanal 0.19

Ladrillo industrial 0.79

1.3.3. LADRILLO

[image:47.842.199.797.99.408.2]

En general, quienes construyen sus casas, a menos que haya asesoramiento profesional o exigencias constructivas predeterminadas, por razones económicas levantan paredes envolventes de 15 y no de 30 centímetros, lo que provoca que los muros no tengan un aislamiento térmico suficiente. Es decir, hace mucho frío en invierno y calor en verano dentro de la vivienda, y se gasta mucho más energía para calefaccionar los ambientes.

Tabla 7: Tabla Aislamiento Térmico

Fuente:

http://www.faelco.cl/fichormi. html#10

Tabla 8: Coeficiente de Conducción Térmica

Fuente:

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Para lograr el objetivo, los investigadores tuvieron que cambiar -dentro de los ladrillos- la estructura compacta por una

muy porosa. De esta manera, se puede obtener un mayor aislamiento térmico en las viviendas construidas con dichos mampuestos.

• Aislamiento en paredes de ladrillo

“Una pared debe tener dos cualidades relativamente constantes para eliminar cambios diurnos de temperatura: capacidad térmica –la habilidad de mantener el calor y baja conductividad térmica- y la

habilidad de resistir, o aislar contra el flujo de calor.”4

Muchas investigaciones afirman que el ladrillo se comporta adecuadamente frente al clima, soportando oscilaciones bruscas de temperatura, oscilando en una temperatura media cuando las condiciones cambian de calor a frío en un lapso corto de tiempo.

Mucho se discute acerca de la capacidad de aislamiento del ladrillo, y se afirma que el ladrillo en combinación con un aislante funciona perfectamente, por lo tanto lo ideal es utilizar las dos cualidades –capacidad térmica y aislamiento- por separado. Por ejemplo cuando se lo coloca por la parte exterior, muy poco calor entra o sale de un cerramiento, y con la alta capacidad térmica del ladrillo hace

difícil que este cambie de temperatura, manteniéndola estable ante los cambios del exterior.

“Por consiguiente, el muro ideal no está hecho sólo de ladrillo, sino de ladrillo aislado en su cara exterior, que puede ser una capa de revoque de mortero.”5

4

http://www.domos.es/ventajas/california.html / 20 de Enero de 2009 5

Idem

Imagen 22: Pared con aislante exterior

Fuente:

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Al tomar como referencia un factor de 1.0 de calor pasivo exterior, cuando se coloca el material aislante en el exterior de

la pared, la temperatura no solo se mantiene constante como se había analizado anteriormente, sino que la fluctuación de ésta será de un 5%. Cuando el aislante se coloca por el interior el ladrillo no estará protegido contra las variaciones de temperatura exteriores, con el consiguiente aumento del flujo de calor y disminución de su capacidad térmica, en un 50%.

• EJEMPLOS INTERNACIONALES DE DISEÑO DE LADRILLO TERMORESISTENTE.

Principios de diseño para el ladrillo termoresistente en Chile

Los porcentajes de huecos de las unidades perforadas, varían entre un 40 y 60% de su volumen bruto. La normativa en Chile determina que el área neta de las unidades perforadas o con huecos debe ser mayor o igual al 50% del área bruta. La industria nacional, incorpora en sus diseños el máximo porcentaje de aire al interior del cuerpo del ladrillo, del orden del 50% de su volumen bruto. Ello no responde necesariamente a una razón de calidad térmica sino, más bien, a una razón de costo, dado que el concepto de “vender más aire que cerámica”, tiene una significación económica importante, motivada por la reducción de materias primas (arcilla), ahorro de energía en secado y cocción y, también influye en los costos de transporte.

• Transferencia de calor a través del cuerpo del ladrillo

Aspectos térmicos involucrados en la determinación de los principios de diseño.

Transferencia de calor por conducción:

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En la imagen, se muestra un ladrillo de morfología típica, donde se observa el número de líneas formadas por los tabiques

cerámicos estructurales continuos, que cruzan transversalmente el ladrillo, formando los puentes térmicos directos o trayectorias de flujos térmicos mínimos (entre 8 y 10 puntos térmicos débiles). Este problema influye fuertemente en el rendimiento térmico de casi la totalidad de los ladrillos cerámicos fabricados en Chile.

Transferencia de calor por convección:

El ladrillo es un cuerpo geométrico que está compuesto en proporciones equivalentes de masa cerámica y aire. El aire, atrapado en las celdas (alvéolos), se moverá dependiendo de la diferencia de temperatura que exista entre las caras opuestas de los alvéolos. Este movimiento convectivo aumentará en la medida que la diferencia de temperatura de las caras internas opuestas de la celda sean mayores, lo que dependerá del tamaño y forma del alvéolo. Por ejemplo, si se calienta

Imagen 23: Recorrido del flujo de calor a través de ladrillos de morfología típica

nacional.

Fuente: edoc.bib.ucl.ac.be:81/ETD-

db/collection/available/BelnUcetd-04082009-034458/unrestricted/03cap3.pdf.pdf

Ladrillo SANTIAGO Ladrillo TRE Ladrillo TEA

Imagen 24: Movimiento convectivo del aire al interior de los alvéolos..

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una de las caras externas del ladrillo cerámico, de forma que aumente su temperatura, el movimiento convectivo del aire

atrapado de los alvéolos hará que el calor se transmita de la cara más caliente hasta la cara opuesta más fría por convección, como se indica en la figura. En la medida que el alvéolo sea mayor en el sentido del flujo de calor, la diferencia de temperatura entre las caras opuestas también será mayor y, por lo tanto, el movimiento convectivo será más importante facilitando de esta manera la transferencia de calor por convección.

Transferencia de calor por radiación:

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y a la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar necesariamente en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío, en el caso del ladrillo, el vacío definido por los alvéolos.

El ladrillo está compuesto en su parte sólida solamente por cerámica, material de superficies opacas y de cierta rugosidad, por lo tanto, es buen absorbente de calor. En el ladrillo, entre las superficies de los alvéolos, habrá intercambio de calor por radiación de la pared más fría a la más caliente, donde parte es absorbida y otra reflejada, hasta lograr el equilibrio entre ambas partes. Este es un efecto que siempre estará ocurriendo dado que, jamás se logrará un equilibrio en ambientes térmicos diferentes (interior y exterior) y que además, están constantemente cambiando.

Imagen 25: Esquema de traspaso de calor dentro de la cavidad alveolar, por radiación.

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1.3.4. VIDRIO

• La Arquitectura de vidrio.

Si bien es cierto la gran mayoría de nosotros vivimos en habitaciones cerradas, es el resultado de nuestra cultura y esta es el producto de nuestra Arquitectura. Por lo tanto estamos en el deber de elevar nuestra cultura y esto se consigue elevando nuestra arquitectura, creando un concepto totalmente nuevo de los espacios que habitamos, en este ámbito la arquitectura de cristal nos muestra numerosas posibilidades, ya que permite la entrada de la luz a nuestros hogares.

“El vidrio, por su relación con la luz, se entendió como metáfora de lo espiritual, que a su vez hacía referencia a lo sublime, a lo divino, a lo inmaterial. Y ciertamente las arquitecturas de vidrio son ligeras, evanescentes, frágiles e inmateriales.”6

6 Idem

El vidrio es uno de los componentes esenciales de la ventana, pues va aportar una de las propiedades principales: LA TRANSPARENCIA.

Para responder a las exigencias de los usuarios, los vidrios deben cumplir una serie de funciones, como son:

A. Control de transmisión de luz.

B. Control de transmisiones no deseadas. (Exceso de energía, ruido, radiación ultravioleta, etc.) C. Protección de las personas y bienes de manera general.

D. Función de soporte de comunicación entre el interior y el exterior. E. Armonizar el aspecto estético.

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• Características físicas del vidrio

El vidrio se obtiene fundiendo sílice y, en menor proporción, otros ingredientes y enfriándolos cuidadosamente de forma que se mantiene en estado amorfo, sin estructura cristalina y por ello transparente. Permite el paso de la radiación solar en un 90%, aunque su comportamiento varía respecto a las diferentes longitudes de onda, siendo más transparente en el tramo que corresponde a la luz visible y a los infrarrojos de onda corta.

• Tipos de Vidrio:

-

• Selección del tipo de Vidrio Adecuado según “construmatica”7

El proyectista debe considerar los siguientes aspectos para la elección de un vidrio de confort térmico:

- Confort Térmico: Temperatura de la cara interior (control de condensaciones): Vidrio con Cámara

- Ahorro Energético: Factor solar: Vidrios Parsoles, y Vidrios Serigrafiados. - Coeficiente de transmisión térmica: Vidrios con Cámara.

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• Descripción de los tipos de vidrio:

Vidrio Coloreado en Masa (Parsoles): es un vidrio que contiene óxidos metálicos que le han sido añadidos en el proceso de fabricación, presentan un color oscuro que les confiere mayor capacidad de absorción lumínica. “El Vidrio Coloreado se utiliza fundamentalmente como luna de protección solar. Debido a su gran absorción de energía solar es necesario su templado para evitar la rotura por choque térmico.”8

Vidrio con Cámara: Está formado por dos o más vidrios separados por una capa de aire o algún gas pesado, sellado en un conjunto monolítico, que lo protege contra la humedad y las condensaciones en el interior de la cámara. “El conjunto presenta un bajo coeficiente de transmisión, lo cual disminuye mucho las pérdidas de calor con respecto los Vidrios monolíticos.”9

Vidrio Serigrafiado: “En estos Vidrios se depositan, en una de sus caras, esmaltes vitrificables por el sistema de impresión serigráfica. Posteriormente, las lunas serigrafiadas se someten al proceso de templado. En dicha operación el esmalte queda vitrificado formando masa con el Vidrio y adquiriendo las mismas propiedades que el Vidrio Templado normal, excepto su resistencia al choque mecánico, la cual queda condicionada por la cantidad de superficie esmaltada, el espesor de los esmaltes, las dilataciones futuras, etc.”

Presenta la característica de permanecer a una temperatura similar al de la habitación, por lo tanto su contacto no será molesto como en un vidrio monolítico que permanece a una temperatura diferente.

Vidrio con Doble Acristalamiento TPS: es un vidrio de mejores prestaciones que el vidrio con cámara ya que se reemplaza el perfil de aluminio por un material termoplástico (TPS), y mediante este sistema el relleno de la cámara puede contener un gas más pesado, que confiera al conjunto un mejor comportamiento térmico.

10

8

http://www.domos.es/ventajas/california.htm / 15 de febrero de 2009 9

Idem 10

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• El vidrio y el acondicionamiento térmico.

“Su coeficiente de conductividad térmica elevado y su utilización e espesores reducidos (milimétricos) ocasionan su muy baja amortiguación o inercia térmica, por lo cual transmite rápidamente las diferencias de temperatura entre exterior e interior.” 11_{Cuando los rayos del sol inciden en VERANO el problema del vidrio} se manifiesta por el llamado efecto invernadero, producido al ser vidrio transparente a la radiación infrarroja, esta atraviesa el vidrio y calienta todos los objetos interiores de una habitación, a su vez estos se calientan pero con una longitud de onda menor, que queda atrapada en el interior por ser el vidrio impermeable ante esta radiación. En invierno el problema es mayor ya que el calor ganado durante el día se pierde por el vidrio por conducción, presentando temperaturas muy similares a la del exterior.

• El factor solar

“El Factor Solar es la relación entre la energía total que entra en el local y la energía solar incidente.”12

Del total de la Energía Solar que incide en un acristalamiento (lg) parte se transmite directamente a través del vidrio (T), otra parte es rechazada por reflexión (R) y el resto es absorbida por la masa de vidrio (A) para ser irradiada posteriormente al exterior -Ae y al interior del recinto -Ai.

11

www.textoscientificos.com-quimica-vidrio.mht / 20 de Febrero de 2009 12

Imagen 27: El factor solar

Fuente:

http://www.garmonsl.es/cool-lite.htm

Imagen 26: Acondicionamiento térmico del vidrio

Fuente:

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Se trata de una magnitud variable en función del ángulo de incidencia solar y las condiciones externas de convección

natural y velocidad del viento.

Para mejorar el Factor Solar se utilizan vidrios coloreados o con tratamientos mediante capas metálicas o de sílice.

Los vidrios con Factor Solar reducido consiguen un efecto cortina al impedir que los rayos solares entren en la habitación, evitando incrementar la temperatura de esta por el efecto invernadero.

• (1) Variable según el tipo de capa y vidrio base.

• SI = Capa de sílice.

• M = Capa metálica.

Imagen 28: Valores aproximados del factor solar según el tipo de vidrio