Propuesta de muro solar para calentar agua de uso sanitario

Texto completo

(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. ' ). l. ~. •. (. I. L.. 1. l \ I, 1. 1 \. l~. ·t. ii. 1. j ¡ './. ¡ ·-~. ,. '. PROPUESTA DE MURO SOLAR PARA CALENTAR AGUA DE USO SANITARIO.. TESIS PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN DESARROLLO SOSTENIBLE PRESENTA:. GUILLERMO EGBERTO BAUTISTA ORDUÑA. DR. ARQ. MARISOL UGALDE MONZALVO DR. ARQ. MANUEL PORTILLO RODRIGUEZ M.D.I. PATRICIA OLIVARES VEGA. DR. ARQ. FRANCISCO JAVIER CHÁ VEZ DEL VALLE.. Atizapán de Zaragoza, Edo. Méx. Mayo de 2011..

(2) INDICE. 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1 1.1 Contaminación ambiental ................................................................................................... 1 1.2. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 3 1.2.lObjetivos particulares ...................................................................................................... 3 1.3 füSTIFICACIÓN ............................................................................................................... 4 2. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 11 2.1 CERÁMICA ..................................................................................................................... 11 2.1.1. Las arcillas: base de la cerámica.............................................................................. 11. 2.1.2. Clasificación de las arcillas ..................................................................................... 11. 2.1.2.1. Pastas tradicionales .............................................................................................. 12. Ladrillería.............................................................................................................................. 12 Refractarios ............................................................................................................................ 12 Arcilla refractaria ................................................................................................................... 12 Alfarería ................................................................................................................................. 12 Loza blanca y loza coloreada................................................................................................. 12 Loza semi-vítrea.................................................................................................................... 12 Gres ........................................................................................................................................ 12 Gres fino ................................................................................................................................ 12 Porcelana vítrea ..................................................................................................................... 12 Porcelana blanda.................................................................................................................... 12 Porcelana de hueso ................................................................................................................ 13 Porcelana dura. .... .................................................................................................. ................ 13 2.1.2.2. Pastas modernas mejoradas .................................................................................. 13. Pastas de aislamiento térmico ................................................................................................ 13 Abrasivos con aglomerado cerámico ..................................................................................... 13.

(3) Gres químico blanco .............................................................................................................. 13 Gres resistente al choque térmico .......................................................................................... 13 Gres eléctrico ......................................................................................................................... 13 Porcelana eléctrica................................................................................................................. 13 Porcelana química .................................................................................................................. 14 Porcelana de mullita .............................................................................................................. 14 Porcelana de silicato de circonio ........................................................................................... 14 2.1.2.3. Nuevas pastas basadas en compuestos únicos ..................................................... 14. Pastas permeables porosas ..................................................................................................... 14 Pastas de tipo porcelana......................................................................................................... 14 Pastas tipo de componente único ........................................................................................... 14 2.1.2.4. Pastas de conductividad térmica elevada............................................................. 14. 2.2Productos innovadores en el sector cerámico .................................................................... 16 2.2.1. Cerámica translúcida ............................................................................................... 16. 2.2.2. Paneles Fotovoltaicos .............................................................................................. 16. 2.2.3. Tabique térmico acústico y Termo-arcilla ............................................................... 17. 2.2.4. Pavimentos ergonómicos (TAU CERAMICA) ....................................................... 18. 2.2.5. Pavimentos antideslizantes ...................................................................................... 19. 2.2.6. Cerámica Radiante ................................................................................................... 19. 2.2. 7. 3d Printer de Cerámica............................................................................................ 20. 2.2.8. Ecooler ..................................................................................................................... 22. 2.3 ENERGÍA SOLAR PASIVA ........................................................................................... 24 2.3.1. El funcionamiento fisico químico ............................................................................ 24. 2.3.2. Intercambio térmico ................................................................................................. 25. 2.4 EL SISTEMA DE COLECTOR SOLAR......................................................................... 27 2.4.1. Los Colectores Solares sin concentración: .............................................................. 27.

(4) 2.4.1.1 Colector solar de Placa Plana: ................................................................................... 27 2.4.1.2 Colectores de Aire: .................................................................................................... 27 2.4.1.3 Colectores de Vacío: .................................................................................................. 27 2.4.1.4 Tubos de Calor: ......................................................................................................... 27 2.4.1.5 Colectores Cónicos o esféricos: ................................................................................. 27 2.4.2. Los Colectores Solares de Concentración: .............................................................. 28. 2.4.2.1 Concentradores cilíndricos ........................................................................................ 28 2.4.2.2 Concentradores paraboloides: .................................................................................... 28 2.4.3. Partes Fundamentales de un Colector Solar para calentar agua .............................. 28. 2.4.3.1 El Colector Solar ....................................................................................................... 28 2.4.3.2 El Sistema de Distribucion del Calor ........................................................................ 28 2.4.3.3 Sistema de Almacenamiento de Agua ....................................................................... 29 2.4.4. Colectores Solares en México ................................................................................. 29. 2.4.5. Marco Regulatorio del Sector de Colectores Solares en México ............................ 30. 3. METODOLOGÍA ............................................................................................................. 31 3.1 PROCESO DE DISEÑO .................................................................................................. 31 3.2 INVESTIGACIÓN ........................................................................................................... 33 3.3 REQUERIMIENTOS ....................................................................................................... 34 3.3.1. Diseño Modular....................................................................................................... 35. 3.3.2. Eficiencia................................................................................................................. 35. 3.3.3. Económico ............................................................................................................... 35. 3.3.4. Estético .................................................................................................................... 35. 3.3.5. Duetos de tubería ..................................................................................................... 35. 3.3.6. Duetos para aire ....................................................................................................... 36. 3.3.7. Unión entre Módulos ............................................................................................... 36. 3.3.8. Ángulo para mayor radiación .................................................................................. 36.

(5) 3.3.9. Fácil producción ...................................................................................................... 36. 3.3.10. Reducción de Materiales ......................................................................................... 36. 3.3.11. Variación del área que funciona como colector. ..................................................... 36. 3.3.12. Color........................................................................................................................ 36. 3.3.13. Concepto "Talavera" ............................................................................................... 36. 3.4 CONCEPTO ..................................................................................................................... 37 3.4.1. Talavera................................................................................................................... 37. 3.4.2. Materia Prima.......................................................................................................... 38. 3.4.2.1. Ventajas ................................................................................................................ 39. 3.4.3. Los Ladrillos ............................................................................................................ 39. 3.4.4. Breve Historia del Ladrillo ...................................................................................... 40. 3.4.5. Marco Regulatorio para la Industria de la Construcción......................................... 40. 3.5 DISEÑO ........................................................................................................................... 43 3.5.1 Evaluación de Propuestas de Diseño ............................................................................. 46 4. RESULTADOS .............................................................................................................. 53 4.1 PROPU.ESTA FINAL ...................................................................................................... 53 4.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA .......................................................................... 63 4.2.1. Pieza modular .......................................................................................................... 63. 4.2.2. Tubería ..................................................................................................................... 65. 4.2.3. Termo Tanque .......................................................................................................... 66. 4.2.4. Bomba de agua (opcional) ....................................................................................... 66. 4.2.5. Orientacion del Sistema de Muro Solar................................................................... 67. 4.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE PROPUESTA "MURO SOLAR" ....................... 68 4.3.1 Ventajas del Muro Solar ............................................................................................... 68 4.3.2 Desventajas del Muro Solar.......................................................................................... 68 4.4 COMPARATIVA DE INVENTARIOS DEL COLECTOR SOLAR PLANO VERSUS SISTEMA DE MURO SOLAR ............................................................................................. 70.

(6) 4.4.1. Colector Solar Plano ................................................................................................ 70. 4.4.2. Muro Solar............................................................................................................... 71. 4.5ANSYS. SOFTWARE DE SIMLACIÓN DE FLUIDOS ................................................ 72 4.5.1. Simulación de Modulo de arcilla ladrillera ............................................................. 73. 4.6 COSTO DE FABRICACIÓN DEL SISTEMA DE MURO SOLAR ............................. 78 4. 7 PROTOTIPO ................................................................................................................... 79 4. 7 .1 Protitipo formal. ............................................................................................................ 80 4. 7 .2 Moldes de yeso ceramico ............................................................................................. 81 4. 7 .3 Vaciado y Desmolde ..................................................................................................... 82 4.7.4 Horno ............................................................................................................................ 83 4. 7.5 Esmaltado / electropintado........................................................................................... 83 5 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 85 RECOMEN.DACIONES ....................................................................................................... 86 ANEXOA .............................................................................................................................. 89 ANEXOB .............................................................................................................................. 90 ANEXO C ............................................................................................................................ 101 ANEXOD ............................................................................................................................ 105 ANEXO F ............................................................................................................................. 107 Bibliografia ........................................................................................................................... 108. .. ... ....

(7) INDICE DE TABLAS. Tabla. 1-l. Residuos. generados. en. el. proceso. de. la. Construcción.. Fuente:. http://apabcn.es/sostenible/castellano/conceptos ............................................................................................................. 6 Tabla 2- l Evolución anual de la energía solar térmica por Colectores Solares Planos. Fuente: SENER ..................... 34 Tabla 2-2 Lista de requisitos a tomar en cuenta para Diseñar el Sistema de Muro Solar ............................................. 35 Tabla 2-3 Clasificación de piezas de acuerdo a los materiales epleados en su fabricación de estructuras .................. .4 l Tabla 2-4 Tolerancia y Dimensiones para tabiques recocidos ..................................................................................... .41 Tabla 2-5 Valoración de atributos que se tomaron en cuenta para la evaluación ........................................................ .48 Tabla 2-6 Valoración de propuestas de diseño .............................................................................................................. 49 Tabla 4-1 Costo total de fabricación de una pared de tabique ....................................................................................... 69 Tabla 4-2 Costo total de Colectores Solares Planos ...................................................................................................... 69 Tabla 4-3 Costo total de Loza Cerámica en muros ....................................................................................................... 69 Tabla 4-4 Inventario de Colector Solar Plano ............................................................................................................... 71 Tabla 4-5 Inventario de Sistema de Muro Solar ............................................................................................................ 72 Tabla 4-6 Propiedades térmcas de materiales ................................................................................................................ 74 Tabla 4-7 Costo de Producción por Módulo ................................................................................................................. 78 Tabla 4-8 Costo de Producción del Sistema de Muro Solar por 2m2 •..••...•.••.••••••••.•••.••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••..•••••••.•• 79.

(8) INDICE DE FIGURAS. Figura 1-1 Emisiones de gases efecto invernadero dependiendo del Sector Productivo. Fuente: Información de México con base al diagrama diseñado por el World Resources Institute, WRI. WRI. (2005) ...................................... 5 Figura 1-2 Consumo Mundial de Energía por Recursos - 2009 Fuente: http://earthtrends.wri.org/ .............................. 8 Figura 1-3 Radiación Solar promedio anual. Republica Mexicana. Fuente: Instituto de Investigaciones Eléctricas ... 1O Figura 2-1 Conductividad Térmica de los materiales cerámicos. Fuente: Cerámica Insutrial Vol. 2 ........................... 15 Figura 2-2 Izquierda: Bloques Plak Uo de Esmalglass. Dereche: Cerámica Transparete ............................................. 16 Figura 2-3 Carretera Freising - Aeropuerto. Manufactura por ISOFOTON ................................................................. 17 Figura 2-4 Izquierda: Tabique térmico acústico. Derecha: Termo-arcilla ..... ............................................................... 18 Figura 2-5 TAU CERÁMICA- Civi's Care ................................................................................................................. 19 Figura 2-6 Esquema de juntas ....................................................................................................................................... 20 Figura 2-7 Funcionamiento de impresión 3D. Fuente: ZCorp ...................................................................................... 21 Figura 2-8 Izquierda: Impresión 3D en cerámica. Derecha: Tabique de cerámica diseñado para un muro decorativo. Fuente: http://www.dhub-bcn.cat/es/node/417 .............................................................................................................. 22 Figura 2-9 Concepto Ecooler. Diseñado por Studio - Kahn. Fuente: Studio - Kahn .................................................... 23 Figura 2-10 Instalación Ecooler. Diseño Studio - Kahn. Fuente: Studio - Kahn .......................................................... 23 Figura 2-11 Esquen1a "color de los objetos" ................................................................................................................. 25 Figura 2-12 Superficie instalada de calentadores solares por aplicaciones en 2008. Fuente: Asociación Nacional de Energía Solar (ANES) ................................................................................................................................................... 29 Figura 3-1 Campos de acividad del Diseñador Industrial: Esquema de Vassos y Katavolos ....................................... 32 Figura 3-2 Proceso de Diseño. Fuente: How Designers Think, pag 49 ......................................................................... 33 Figura 3-3 Concepto de diseño del Sistema de Muro Solar .......................................................................................... 37 Figura 3-4 Izquierda: Vasija. Derecha: Azulejo de Talavera ........................................................................................ 38 Figura 3-5 Propuestas de Diseño ................................................................................................................................... 43 Figura 3-6 Propuestas de Diseño. Desnivel en superficie colectora ............................................................................. .44 Figura 3-7 Propuesta de Diseño. Grabajo en bajo-relieve ............................................................................................. 44 Figura 3-8 Propuesta de Diseño. Propuesta Final. ......................................................................................................... 45 Figura 3-9 Propuesta de Diseño. Propuesta final del Sistema de Muro Solar armado ................................................. .46 Figura 3-10 Conjunto Habitacional "Los Portales". Tultitlán, Edo. Mex. Imagen obtenida de Google Earth 2011 .... 47 Figura 3-11 Conjunto Habitacional "Real del Bosque". Tultitlán, Edo Mex. Imagen obtenida de Google Earth 2011 ....................................................................................................................................................................................... 47 Figura 3-12 ¿Conoce que es un Colector Solar? ........................................................................................................... 50 Figura 3-13 ¿Cuenta con Colector Solar instalado en su hogar? ................................................................................... 50 Figura 3-14Izquierda: Concepto de Diseño. Sistema de Muro Solar ............................................................................ 51 Figura 3- l 5Derecha: ¿Compraría el Sistema de Muro Solar? ....................................................................................... 51 Figura 3-16 Concepto de Diseño. Sistema de Muro Solar ............................................................................................ 52 Figura 3-17. Costo aproximado del Sistema de Muro Solar ...................................................................... ................... 52 Figura 4-1 Diseño Final del Módulo. Sistema de Muro Solar....................................................................................... 53.

(9) Figura 4-2 Diseño Final del Módulo. Medidas Generales ............................................................................................. 54 Figura 4-3 Diseño Final del Módulo con tubería integrada........................................................................................... 55 Figura 4-4 Corte por fachada. lnstalacón del Sistema de Muro Solar........................................................................... 56 Figura 4-5 Instalación del Sistema de Muro Solar........................................................................................................ 57 Figura 4-6 Armado en muro capuccino ......................................................................................................................... 58 Figura 4-7 Armado de Muro .......................................................................................................................................... 59 Figura 4-8. Render de Módulo - Cara frontal. Sistema de Muro Solar ........................................................................ 60 Figura 4-9 Render de Módulo - Cara posterior ............................................................................................................. 60 Figura 4-10 Render del módulo-Cara posterior (textura 2) ........................................................................................ 61 Figura 4-l l Render de Muro Solar. Texturizado 1 ....................................................................................................... 61 Figura 4-12 Render de Sistema de Muro Solar ............................................................................................................. 62 Figura 4-13 Render de Sistema de Muro Solar - Exterior ............................................................................................. 62 Figura 4-14 Esquema del Sistema de Muro Solar propuesto ........................................................................................ 63 Figura 4-15 Esquema: Ángulo en pieza modular .......................................................................................................... 64 Figura 4-16 lzquierda: Diseño de pieza modular. Centro: Muro armado. Derecha: Tipo de acomodo o armado ....... 65 Figura 4-17 Sistema de Muro Solar. Esquema funcional. ............................................................................................. 67 Figura 4-18 Simulación de un producto en ANSYS. Fuente: ANSYS ......................................................................... 73 Figura 4-19 Hyper-Mesh ............................................................................................................................................... 75 Figura 4-20 Hyper-Mesh. Separación de mallado ......................................................................................................... 75 Figura 4-21 Simulación de Módulo ............................................................................................................................... 76 Figura 4-22 Simulacón de Módulo. Gráfica de Convergencia ...................................................................................... 76 Figura 4-23 Módulo SOLAIR ....................................................................................................................................... 77 Figura 4-24 Concrete Storage for Solar Thermal Power Plants. Fuente: German Aerospace Center, Institute of Technical Technodynmics ............................................................................................................................................. 78 Figura 4-25 Izquierda: Plano de prototipo -pieza l. Derecha: Plano de prototipo - pieza 2 ......................................... 80 Figura 4-26Izquierda: Plano de protipo - pieza 3. Derecha: Pieza l - preparación de molde ...................................... 81 Figura 4-27 Molde de 2 piezas ...................................................................................................................................... 81 Figura 4-28 Molde de yeso cerámico. Una sola pieza ................................................................................................... 82 Figura 4-29 Vaciado de pasta cerámica ......................................................................................................................... 82 Figura 4-30 Piezas desmoldadas .................................................................................................................................... 83 Figura 4-3 lHomo de céramica...................................................................................................................................... 83 Figura 5-1 3R's en la Construcción ............................................................................................................................... 86.

(10) 1. INTRODUCCIÓN. 1.1 Contaminación ambiental. En la actualidad los problemas ambientales han cobrado mayor importancia o relevancia en la sociedad, principalmente por como estos han afectado la calidad de vida de ser humano, sin dejar de lado a los demás seres vivos que habitan el planeta. Es cada vez más común escuchar sobre las catástrofes ambientales como: animales en peligro de extinción, terremotos que afectan ciudades, tsunamis que arrasan con las costas de algún país, etc. Todos estos problemas son atribuidos al Cambio Climático Global, como resultado del aumento de concentraciones de gases efecto invernadero tales como el dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos (Houghton et al., 1990, 1992) El ser humano en su búsqueda de conocimiento y aumento de confort ha cambiado desenfrenadamente su entorno, ya sea por la construcción de grandes ciudades sin planificación alguna, la tala de árboles para generar materia prima, la extracción del crudo para generar materiales que se usan cotidianamente como plásticos, combustibles; generando con estos procesos productivos un desequilibrio ambiental, que se refleja en efectos negativos en los suelos, en la atmosfera, el agua, en la biodiversidad, así como en el propio ser humano. Es un hecho que todos los sectores productivos contaminan, dos de los mayores contaminantes son el Sector Energético y el de Construcción, ya que se les atribuye un gran porcentaje de la generación de emisiones de gases efecto invernadero, causantes del Cambio Climático. Por ello es importante reducir los consumos en estos sectores. En el sector energético se puede generar productos o servicios que sean mas eficientes en el consumo de energía o combustible, que sean fabricados y se utilicen materiales de bajo impacto ambiental durante su vida útil y que puedan ser introducidos en un nuevo ciclo de vida; o un cambio en el mix energético el cual es utilizado para generar la electricidad. En el sector de la Construcción, existen muchos productos para el ahorro energético, se puede utilizar diversos conceptos en arquitectura, como la bioclimática, arquitectura solar, entre otros. Existen un gran número de productos para el hogar que ayudan a generar ahorros económicos y energéticos, un claro ejemplo son las lámparas incandescentes las cuales consumen menor energía; otro producto que cobra mayor importancia en los hogares son los colectores solares para calentar agua de uso sanitario. En México el principal mercado del colector solar plano se ubica en las grandes ciudades, ya que en ellas el problema de la contaminación ambiental es realmente complejo. Numerosos estudios han identificado con bastante precisión las principales fuentes contaminadoras, algunas de ellas no tan evidentes como lo son los procesos de combustión de los automotores y de las plantas industriales, pero que son igualmente dañinas y que aportan en gran escala agentes para la formación de ozono. Un estudio realizado por Blake y Sherwood (1995) reponaron que en 180 muestras de aire tomadas en 5 sitios diferentes de la Ciudad de México, entre febrero de 1993 y mayo de 1995, se 1.

(11) encontraron altas concentraciones de hidrocarburos reactivos derivados del gas L.P ., principal fuente de energía de los hogares mexicanos para cocinar y calentar agua. Estas concentraciones son causadas principalmente por fugas de gas L.P., las cuales se reflejan a una escala masiva en la atmósfera. Estos hidrocarburos reactivos, junto con los componentes olefinicos y los componentes acetilénicos de la combustión incompleta del gas L.P ., juegan el rol dominante en la producción de ozono troposférico en el Valle de México El ozono troposférico, a diferencia del que se encuentra en la estratosfera, daña la salud humana, la vegetación y los materiales. Los seres humanos contribuyen a la formación de ozono troposférico sobre todo mediante la quema de combustibles fósiles en el transporte, la industria y las centrales eléctricas. Por estos impactos que se generan a la salud humana, al ambiente y su biodiversidad es necesario que se generen nuevas propuestas para satisfacer las necesidades existentes y ·futuras. El diseñador industrial debe aplicar sus conocimientos y capacidades para fomentar el desarrollo de elementos que vayan acorde a necesidades futuras. En cualquier discusión sobre el Diseño Sustentable, tenemos que reconocer las consecuencias perjudiciales de nuestras actividades actuales, pero el diseñador debe ir más allá de esto, no simplemente por el diseño de productos ecológicos, pero al desafiar el pensamiento de los objetos funcionales, debe de reformular nuestra concepción de los productos, y debe volver a evaluar nuestras nociones de la estética del producto en reconocer el carácter insostenible de muchas de las prácticas actuales, tenemos la oportunidad de construir un enfoque más constructivo y más profunda que es, inherentemente, más sustentable.. 2.

(12) 1.2. OBJETIVO GENERAL. Desarrollar un Sistema de Muro Solar de cerámica para calentar agua de uso sanitario que sea parte de la construcción (hogar, comercio, edificio), mediante la utilización de cerámicas convencionales que faciliten la transferencia de calor a un fluido (agua), con la finalidad de reducir costos en la construcción y fomentar en ahorro energético.. • •. • • •. •. 4.2.1 1.2.1 Objetivos particulares. Fomentar la utilización de materiales cerámicos convencionales Investigación del mercado en crecimiento . Diseñar piezas modulares las cuales son partes fundamentales del sistema, con la finalidad de que se pueda varias las dimensiones de la superficie colectora. Hacer simulación en ANSYS, que es un Software de Ingeniería para simulación de fluidos. Fabricar un prototipo formal. Maqueta representativa del sistema.. 3.

(13) 1.3 JUSTIFICACIÓN. En la actualidad debemos de hacer frente eficazmente a los numerosos problemas como la degradación del medio ambiente y la desigualdad social, factores en el cual se hace referencia en distintos libros; un ejemplo de ellos es "Design for the other 90%", por lo tanto vamos a tener que re-pensar nuestras nociones de la cultura material, especialmente en los países económicamente desarrollados. Principalmente, los diseñadores pueden y deben generar importantes contribuciones al esfuerzo por el desarrollo de soluciones para los retos del presente, para esto tendremos que transformar la ensefl.anza del disefl.o, la práctica de diseñar, desarrollar una nueva comprensión de la estética del producto y nuestras nociones del "buen disefl.o" o "good design". Nos guste admitirlo o no, dentro de la disciplina del diseflo industrial, hay un mayor énfasis en el aspecto del producto, tanto en la práctica profesional y la ensefl.anza del diseflo, y es esta preocupación, que en muchos sentidos, la estética del producto se hace vacío y superficial. Debemos tener muy claro que el "diseflador" es capaz de no solo diseñar productos, si no sistemas que solucionen necesidades más importantes que sólo generar ganancias a una empresa. El actual sistema económico mundial esta dirigido por el mercado, este genera una conducta consumista, la cual guiada por la moda, hace que las definiciones estéticas sean lo importante del producto y se cree una esterilidad del pensar. Esto evita que el diseño industrial de el paso necesario como auténtica disciplina, para ser capaz de abordar efectivamente las cuestiones importantes de nuestro tiempo: como la reducción de emisiones contaminantes al ambiente, la generación de políticas ambientales y sociales adecuadas, y enfocándonos al disefl.o: creación de productos que abarquen todo el ACV (Análisis de Ciclo de Vida) del mismo, la reutilización de productos para reubicarlos en la cadena de uso, el ecodiseflo, el ecoetiquetado, entre otros, sin dejar de lado el motor necesario para cualquier actividad humana: la ética. Es imprescindible que los disefl.adores empiecen a generar productos mas "pensados" (ambientalmente, usabilidad, ergonomía, etc) para lanzarlos a un mercado que cada vez enfatiza más el consumo o compra de "productos verdes" o "sustentables", no precisamente porque exista una verdadera preocupación ambiental, sino porque el mercado utiliza esto como una herramienta de venta; el diseflador no debe dejar de lado los aspectos inherentes de su profesión, tales como definición del concepto, identidad, estética y la cultura asociada con bienes materiales. El deterioro del medio ambiente, y particularmente los problemas generados por el cambio climático, obligan a la sociedad, a todos los sectores productivos y económicos que se genere una reorientación profunda en los actuales sistemas de producción y consumo. El sector de la construcción contribuye de manera importante a ese deterioro en sus diferentes etapas (extracción y fabricación de materiales, diseflo de la edificación y de sus instalaciones que influye decisivamente en el rendimiento energético de la misma, gestión de la obra y de sus residuos, etc) y necesita dar un giro de 180° hacia la toma de decisiones encaminadas hacia la sustentabilidad. Por esto ampliamente conocido sector de la construcción es de los mayores contaminantes ya que consumen gran porcentaje de toda la energía utilizada en los países desarrollados.. 4.

(14) Uso final/Acti,,•idad. Sector. Gas. Hierro y .teero 5.1 s~ rM!!-;oe,>iló~>,llt:..1J>1-r•. ,~=:~~ Qtt1Miit¡~ ~-Ó6~. C¡¡_l'bono. ~MQ)65-9!i,. (C0,)74% Otru lndu><rw 13 72%. Figura 1-1 Emisiones de gases efecto in\'eruadero dependiendo del Sector Productivo. Fuente: Información dr México con bai,e al diagrama diseñado por el World Resources Institute, WRI. WRI. (2005). Original en color.. La Tabla 1 - 1 representa claramente que tipo de residuo tóxico es generado durante cada fase de todo el proceso de la construcción tradiciónal sin tomar en cuenta, la reutilización de alguno de estos materiales. Durante la etapa de arquitecura (construcción) el mayor material utilizado son los tabiques y cemento, durante su proceso de fabricación es donde generan mayor contaminación al ambiente. (Anexo A). Tipo de Residuo Emisiones a la atmósfera Efluentes líquidos. Proceso de Fabricación HCFC, C02, NOx, S02 Prod. químicos, en función del proceso,. Fase de Construcción Polvo, ruido, amianto, C02 Lechadas de cemento 5. Fase del Fase de derribo de la Utilización construcción Halones, C02, Polvo, ruido, NOx, S02 amianto, C02 Aguas Vaciado de depósitos residuales.

(15) Lechadas de cemento. Residuos sólidos. Restos del proceso Subproductos del proceso. Res. domésticos Embalajes, Restos Obra de Res. de fábrica, del proceso, construcción Mermas, remodelacione Hormigón, Madera, Acero Ecofrados s. Tabla 1-1 Residuos generados en el proceso de la Construcción. Fuente:: http://apabcn.es/sostenible/castellano/conceptos. En términos estadísticos, se puede decir que el sector de la Construcción es responsable del 50% de los recursos naturales empleados, del 40% de la energía consumida (incluyendo la energía en uso) y del 50% del total de los residuos generados. Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricación de los materiales generan un alto coste energético y medioambiental, no es menos cierto que la experiencia ha puesto de relieve que no resulta fácil cambiar el actual sistema de construcción y la utilización irracional de los recursos naturales, donde las prioridades de reciclaje, reutilización y recuperación de materiales, brillan por su ausencia frente a la tendencia tradicional de la extracción de materias naturales. Por ello, se hace necesario reconsiderar esta preocupante situación de crisis ambiental, buscando la utilización racional de materiales que cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente. Conocido es que los materiales de construcción inciden en el medio ambiente a lo largo de su ciclo de vida, desde su primera fase; esto es, desde la extracción y procesado de materias primas, hasta el final de su vida útil; es decir, hasta su tratamiento como residuo; pasando por las fases de producción o fabricación del material y por la del empleo o uso racional de estos materiales en la Edificación. La fase de extracción y procesado de materias primas constituye la etapa más impactante, dado que la extracción de rocas y minerales industriales se lleva a cabo a través de la minería a cielo abierto, en sus dos modalidades: las canteras y las graveras. El impacto producido por las canteras y graveras en el paisaje, su modificación topográfica, pérdida de suelo, así como la contaminación atmosférica y acústica, exigen un estudio muy pormenorizado de sus efectos a fin de adoptar las medidas correctoras que tiendan a eliminar o minimizar los efectos negativos producidos. La fase de producción o fabricación de los materiales de construcción representa igualmente otra etapa de su ciclo de vida con abundantes repercusiones medioambientales. Lo cierto es que en el proceso de producción o fabricación de los materiales de construcción, los problemas ambientales derivan de dos factores: de la gran cantidad de materiales pulverulentos que se emplean y del gran consumo de energía necesario para alcanzar el producto adecuado. Los efectos medioambientales de los procesos de fabricación de materiales se traducen, pues, en emisiones a la atmósfera de C02, polvo en suspensión, ruidos y vibraciones, vertidos líquidos al agua, residuos y el exceso de consumo energético. 6.

(16) La fase de empleo o uso racional de los materiales, quizás la más desconocida pero no menos importante, dado que incide en el medio ambiente, en general; y, en particular, en la salud. Los contaminantes y toxinas más habituales en ambientes interiores y sus efectos biológicos inherentes a los materiales de construcción en procesos de combustión y a determinados productos de uso y consumo- van desde gases como ozono y radón, monóxido de carbono, hasta compuestos orgánicos volátiles como organoclorados (PVC). Por último, la fase final del ciclo de vida de los materiales de construcción coincide con su tratamiento como residuo. Estos residuos proceden, en su mayor parte, de derribos de edificios o de rechazos de materiales de construcción de obras de nueva planta o de reformas. Se conocen habitualmente como escombros, la gran mayoría no son contaminantes; sin embargo, algunos residuos con proporciones de amianto, fibras minerales o disolventes y aditivos de hormigón pueden ser perjudiciales para la salud. La mayor parte de estos residuos se trasladan a vertederos, que si bien en principio no contaminan, sí producen un gran impacto visual y paisajístico, amén del despilfarro de materias primas que impiden su reciclado. En este ámbito (construcción) existen ya varias normas e instrumentos legales que marcan caminos en el mundo, entre ellas el Plan Nacional de Asignación de Derechos de Emisión de C02 para algunos fabricantes de materiales, algunas ordenanzas solares municipales (España, 2008-2012), el Código Técnico de la Edificación (España 2008), y en el caso de México, en especifico Distrito Federal se genero "El Programa General de Desarrollo Urbano del Distrito Federal" (publicado en la Gaceta Oficial el 31 de diciembre de 2003, con su ultima actualización el 15 de julio de 2010) en el cual se hace énfasis en que todas las nuevas construcciones, ya sea habitacional o comercial donde se necesite de agua caliente, se hace indispensable el uso de colectores solares para este uso (obligatoria 15 días después de su publicación). Otro claro ejemplo es el programa de Promoción de Calentadores Solares de Agua en México (Procalsol), este es una iniciativa de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee, hasta Noviembre del 2008 Comisión Nacional para el Ahorro de Energía - Conae), y se trabajo en colaboración con la Asociación Nacional de Energía Solar (ANES) y la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ, por sus siglas en alemán), para el diseño e implementación de un programa de apoyo a las instituciones para que en México se fomente y amplié el uso de los calentadores solares. A lo largo de la historia ha existido cambios en el consumo energético, el cual varia en relación con las crecientes necesidades del ser humano, un claro ejemplo es que durante la Revolución Industrial ya que hubo aumento en la utilización de máquinas alimentadas por fuentes de energía diferentes a la humana o por algún animal, esto fue el despegue de la civilización moderna. Otro factor que acelera el deterioro del medio ambiente y por consecuente el consumo energético, es el crecimiento poblacional, en los 90's había cerca de 5.3 billones de habitantes en el mundo, se estima que para 2020 seremos 8.1 billones y cerca de 10.7 para 2080, esto significa en un aumento de viviendas que se necesitan, un aumento de la producción de alimentos; una opción es mejorar la tecnología para explotar los recursos naturales del planeta, 7.

(17) pero en este aspecto actualmente ya hemos sobrepasado la capacidad de carga de la Tierra. En la actualidad existe un incremento continuo del consumo energético por el actual modelo de crecimiento económico el cual genera un costo medioambiental que se refleja en problemas como el cambio climático causado por el efecto invernadero, la contaminación atmosférica, la acidificación del medio ambiente, entre otros; estos son consecuencia cada vez mayor de un crecimiento poblacional desmedido, de conductas y pensamientos enfocadas en el consumo y de la poca consciencia medioambiental. Por ello, es necesario reemplazar los combustibles fósiles por energías renovables (aprovechamiento del sol, el viento, cauces de agua, el calor de la Tierra) así como darle un uso inteligente a la energía, y generación de productos sustentables que mitiguen el daño ambiental. Actualmente la mezcla energética varia dependiendo de cada país, esto quiere decir que se emplean distintos porcentajes de petróleo, gas, carbón o alguna otra fuente de energía renovable para generar la energía eléctrica. A continuación se muestra el consumo mundial de energía del 2009, en el cual se puede apreciar que se utiliza un porcentaje muy bajo de energías limpias.. Figura 1-2 Consumo Mundial de Euergia por Recursos - 2009 Fuente: http://earthtrends.wri.org/. Original en colo1·.. Los problemas ambientales tienen un impacto mayor en los países sub-desarrollados o en vías de 1 desarrollo, ya que disponen de recursos limitados para mitigar estos impactos ambientales : como la acidificación, eutrofización, generación de gases efecto invernadero, agotamiento de ozono estratosférico, entre otros; por otra parte se pierden más recursos naturales que los países desarrollados; aunque existan medios para mitigar que los países en vías desarrollo acaben con I. Impacto Ambiental: Se denomina a las consecuencias provocadas por cualquier acción humana que modifique las condiciones de subsistencia o de supervivencia de los ecosistemas. Estas acciones humanas provocan efectos adversos sobre el medio natural o social.. 8.

(18) sus recursos naturales como los MOL (Mecanismos de Desarrollo Limpio), este es un acuerdo suscrito en el Protocolo de Kioto establecido en su artículo 12, que permite a los gobiernos de los países industrializados (países desarrollados o países del Anexo 1 del Protocolo de Kioto) y a las empresas (personas naturales o jurídicas, entidades públicas o privadas) suscribir acuerdos para cumplir con metas de reducción de gases de efecto invernadero (GEi) en el primer periodo de compromiso comprendido entre los años 2008 - 2012,invirtiendo en proyectos de reducción de emisiones en países en vías de desarrollo (países no incluidos en el Anexo 1) como una alternativa para adquirir reducciones certificadas de emisiones (RCE) a menores costos que en sus mercados, principalmente los Bonos de Carbono (son parte de RCE), no son suficientes para disminuir los problemas ambientales, por ello es importante pasar da la generación de energía a partir de combustibles fósiles a la energías renovables. Ante esta situación cada vez van cobrando mayor importancia los conceptos de eficiencia energética y energías renovables. En pocas palabras la eficiencia energética, significa proporcionar los mismos servicios (luz, calor, transporte, etc.), pero con la diferencia de que utiliza menos energía para ello. Reducir nuestro consumo energético se traduce directamente en un ahorro para la economía familiar y contribuye a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera la cual es principal causa del cambio climático. Se estima que desde 1970 hasta el año 201 O, en los países desarrollados, se ha reducido en un 20% el consumo de energía para los mismos bienes. Sin embargo en los países en desarrollo, aunque el consumo de energía por persona es mucho menor que en los países desarrollados, la eficiencia en el uso de energía no mejora, en gran parte porque las tecnologías usadas son anticuadas y con pésimo mantenimiento. La Comisión Nacional de Ahon-o de Energía (CONAE) estima que en México tiene un potencial de ahorro de energía superior al 20%, lo que significa una economía de 100 mil millones de pesos al año, y esto puede lograrse mediante la utilización de productos como los colectores solares para calentar agua, para climatizar, utilización de productos de bajo consumo energético, entre otros. Así mismo México es uno de los países a nivel mundial que presenta condiciones ideales para el aprovechamiento masivo de energía solar, ya sea con la finalidad de generar energía eléctrica, para la climatización en los hogares y edificaciones, entre otros; sin embargo, este potencial no se ha aprovechado como se debería. Se debe de considerar que el potencial energético del sol es casi infinito, ya que este emite anualmente una cantidad de energía de 1.080.000.000 de teravatios hora, lo que corresponde a 60.000 veces la demanda mundial de energía eléctrica. Geográficamente México está ubicado en el Cinturón Solar de la Tierra o "Sunbelt" (este se extiende aproximadamente entre 40 grados de latitud norte y 40 grados de latitud sur), lo cual hace que reciba mayor radiación que otros países que no están en esta franja geográfica, lo que provoca que el país tenga una alta incidencia de energía solar en la gran mayoría de su territorio; la zona norte del país es de las más soleadas del mundo con una irradiación media anual de aproximadamente 5 kWh/m 2 por día. México esta entre los primeros 5 países de los 148 que se encuentran en el cinturón solar. 9.

(19) RE'.PUSLICA MEXICANA RAO!Acrot, SO! R 01APlA PROMED,O A ;u A.l. :Zon•. Rad:rc~n (KVJh/!!17 •. Oh!}. ffil!yl)f ~\10. 11 111. U .... fflfflt4 fy $ $ UIIII mo~4~4.7. - - -..----·--------·-----.-....·-·-···--··--------Figura 1-3 Radiaciém Solar promedio anual. Republica Me\icana. Fuente: Instituto de Investigaciones Eléctricas. Original en color.. Gracias a los esfuerzos realizados por distintas dependencias gubernamentales, y programas para aumentar el uso de colectores solares, se llego a un área total · stalada en el 2009 de 233,336 m2, y en una proyección para el 2012con un área acumulada de 1,735,325 m 2según datos de PROCALSOL (Fuente: ANES y SENER, Balance Nacional de Energía Propia); este numero aumenta cada año, ya que se ha vuelto indispensable para mitigar el daño al ambiente. Cuando se utiliza algún colector solar para calentar agua, se esta aprovechando de manera eficiente una energía limpia, renovable y segura. Esto contribuye a la reducción de gases efecto invernadero que son los principales causantes del cambio climático, y se ayuda de manera significante a la mejora de la calidad de aire, ya que se disminuye el uso de combustibles fósiles para calentar agua. Si en México se instalaran cinco millones de metros cuadrados de calentadores solares, en menos de 10 años, el gas LP equivalente dejado de consumir en los siguientes 20 años sería de 15 millones de toneladas, lo que evitaría liberar a la atmósfera casi 30 millones de toneladas de C02 (dióxido de carbono) por la quema del gas LP. Otro de los beneficios es en el aspecto económico, ya que reduce el gasto familiar generado por la compra de gas LP. Por estos motivos es importante generar productos que ayuden al ahorro energético, que tengan un eficiencia apta para su funcionamiento y fomentar que sean de materiales de bajo impacto ambiental; estos son retos que como sociedad debemos afrontar para mitigar los impactos ambientales que nuestras actividades generan a nuestro hábitat.. 10.

(20) Capitulo I 2. MARCO TEÓRICO. A continuación se muestra el marco actual donde se presentan las bases teóricas y fundamentos sobre los factores que afectan al diseño del Sistema de Muro Solar: Cerámica, Colectores Solares, Energia Solar Pasiva; así mismo se hace mención a los trabajaos innovadores que se han llevado a cabo, y que sirven como apoyo para el desarrollo de la investigación y cumplir con el objetivo de la presente tesis.. 2.1 CERÁMICA. La cerámica nace como la primera manifestación artística del hombre primitivo al plasmar una tosca figura sin hornear a finales del paleolítico y se va ampliando hasta considerarse el arte de hacer vasijas, esculturas, murales, revestimientos arquitectónicos, ladrillos, joyas, utilizando como materia prima la arcilla, la que una vez seca es sometida al proceso del fuego. La cerámica como actividad productiva, artística de carácter universal y permanente surge en el Neolítico pero fue precedida por antecedentes que se remontan al Paleolítico. 2.1.1 Las arcillas: base de la cerámica. "Las arcillas están compuestas por una serie de silicatos de aluminio hidratados que, al humedecerse, adquieren plasticidad. Una vez que su humedad llega a un 15%, la arcilla conserva la forma adquirida, y aplicándole calor mediante un horno, este aumenta su dureza, adquiriendo propiedades similares a las de las piedras."(Cerámica "Fundamentos y Materiales", pag 7) La producción de productos cuya materia prima son las arcillas abarcan una gran variedad de productos, que van desde: tejas o ladrillos hasta piezas de loza, porcelana y materiales refractarios. Todos estos deben de ser cocidos a una temperatura idónea, ya que por debajo de su punto de vitrificación resultan porosos y sobrepasando el punto máximo se corre el gran riesgo de que las piezas sufran deformaciones, y sus límites de cocción dependen de las materias de las que se forman. Una impermeabilización se conseguirá fácilmente mediante una capa de barniz o esmalte que, fundido por el calor, cubrirá la pieza con una especie de protección cristalina.. 2.1.2 Clasificación de las arcillas. En general, la cerámica es el resultado de una combinación de distintas sustancias minerales y por ellos se puede dar distintas propiedades y esto aumenta sus tipos de clasificación, algunos de ellos son: por la temperatura de quema en el horno (baja, media, alta), por su densidad (porosa y densa), por su uso, o simplemente por sus colores (blancos, coloreados). Y por su composición se puede dividir en tres grandes grupos, los cuales se muestran a continuación. (CIDI, 2009) 11.

(21) 2.1.2.1 Pastas tradicionales. A esta categoría pertenecen los cuerpos cerámicos cuyo componente principal es una arcilla, o una mezcla de arcillas, que se combinan principalmente don sílice y feldespato. Los tipos de cerámica que pertenecen a este grupo son:. 4.2.2. Ladrillería.. Es un materia poroso de color rojizo y tosco, preparado por los métodos más directos a partir de arcillas naturales y comúnmente usado en la fabricación de ladrillos.. 4.2.3. Refractarios.. Son materiales resistentes al calor y normalmente usados en los hornos para cerámica, ya que deben resistir altas temperaturas sin sufrir deformación alguna.. 4.2.4. Arcilla refractaria.. Estas arcillas son moderadamente finas, blanquecinas, porosas y utilizan arcillas refractarias naturales, y por su estructura facilita la producción de piezas resistentes de gran tamaño, como las baldosas para pisos.. 4.2.5. Alfarería.. Esta pasta su componente principal o único, es el barro, lo cual significa que es poroso, de color y con poca resistencia mecánica. También conocida como mayólica, terracota y como se conoce en México: barro.. 4.2.6. Loza blanca y loza coloreada.. Es una pasta fina, porosa y blanca, también se puede colorear mediante la adición de óxidos metálicos; cuenta con una resistencia media y se usa principalmente en la producción de objetos decorativos para el hogar.. 4.2. 7 Loza semi-vítrea. A comparación de la loza blanca, esta cuenta con menor absorción y mayor resistencia, y se utiliza principalmente en la producción de vajillas.. 4.2.8. Gres.. Es conocida como stone-ware, seki yaki o comúnmente cerámica de alta temperatura; es una pasta opaca y el color puede variar respecto a ciertas impurezas, cuenta con gran resistencia y con un alto contenido de arcilla en su composición; principalmente se usa en la fabricación de pisos, piezas de poco detalle y tuberías.. 4.2.9. Gres fino.. Es una variante del gres fabricado a partir de materias primas seleccionadas, cuenta con una gran capacidad para trabajarse en procesos industriales y manuales; pudiendo fabricar piezas de gran tamaño. Se usa principalmente en productos como vajillas, piezas de arte y cuenta con la ventaja que puede ser texturizado si se le agrega chamota o arcilla refractaria.. 4.2.10 Porcelana vítrea. Es una pasta opaca, de alta resistencia, vitrificada y cuenta con un poco absorción de agua, esta es usada en la fabricación de sanitarios y vajillas.. 4.2.11 Porcelana blanda. Su color es blanco o marfil, mas o menos translúcida, muy resistente y es una pasta fina, su nombre proviene de su temperatura de quema ya que no rebasa los 1300º C. Nació en 12.

(22) Europa ya que se buscaba emular la porcelana china, y actualmente se usa para producción de piezas decorativas y artísticas. 4.2.12 Porcelana de hueso. Se considera también como una porcelana blanda, es de color marfil o blanca y muy resistente al impacto. Su característica principal es que es muy translúcida y esto se debe a su alto contenido de ceniza de hueso, y se utiliza principalmente en Inglaterra en la producción de vajillas. 4.2.13 Porcelana dura. A diferencia de las anteriores porcelanas, esta cuanta con altas temperaturas de cocción las cuales van de 1300º - 1450° C, es preparada con materiales selectos por lo que resulta una pasta blanca de alta calidad, completamente vitrificada, translúcida y muy resistente. 2.1.2.2 Pastas modernas mejoradas. Son similares al grupo anterior, pero gracias a que se le adicionan otros materiales se logra mejorar sus características. Esto se debe a que tienen menor porcentaje de arcilla que el grupo anterior. Se les conoce como pastas técnicas, ya que su uso es más especializado y por ello se usan en el ramo de la ingeniería y química. 4.2.14 Pastas de aislamiento térmico. Estas de fabrican especialmente porosos dependiendo de la temperatura que se desea aislar. Se utilizan en aislamiento térmico de viviendas, y en las altas temperaturas producidas por los hornos de producción industrial y en laboratorios. 4.2.15 Abrasivos con aglomerado cerámico. Estos son compuestos por materiales abrasivos en forma de granos que varían desde corindón natural o artificial, carburo de silicio, alúmina fundida, aglutinados por una pasta cerámica que posee alta resistencia y tenacidad. 4.2.16 Gres químico blanco. Este gres cuenta con alta selección de materias primas, lo que lo convierte en una basta mejorada de color blanco y vitrificado por completo, presentando una absorción nula del agua. 4.2.17 Gres resistente al choque térmico. Gres al cual se le a adicionado chamota de alta conductividad térmica, que aumenta su resistencia al choque térmico, para su uso en especifico en la industria. 4.2.18 Gres eléctrico. Este gres tiene compuestos férricos y titánicos que la hacen muy resistente a la perforación, por lo tanto es un excelente aislante eléctrico, y tiene la capacidad de producirse en piezas de gran tamaño. 4.2.19 Porcelana eléctrica. Esta pasta es derivada de la porcelana, es absolutamente vítrea y cuenta con una alta resistencia mecánica, lo cual le permite que se use en la producción de piezas que se usan bajo presión, o bien atornilladas a otros elementos, su color no es de suma importancia a que se enfatiza sus características anteriores. Se produce mediante moldes y se necesita de una precisión dimensional para los usos ya mencionados, por lo tanto se utiliza en piezas pequeñas y de mucho detalle. 13.

(23) 4.2.20 Porcelana química. Porcelana rica en alúmina, por su uso requiere de una alta resistencia mecánica y química, y en ciertos casos al choque térmico. Es de color blanco. 4.2.21 Porcelana de mullita. En esta porcelana se mejora su composición y la producción se ajusta, para que la pasta cocida tenga un alto porcentaje de mullita, con la finalidad de obtener una porcelana con mejor refractariedad, mejor resistencia al choque térmico y mayor conductividad térmica. 4.2.22 Porcelana de silicato de circonio. Cuenta con un alto porcentaje de circonio en su composición, el cual es del 50%. Su color es blanco o marfil después de la quema, cuenta con alta resistencia al choque térmico, alta resistencia mecánica y resistencia química.. 2.1.2.3 Nuevas pastas basadas en compuestos únicos. Algunas de estas pastan se derivan de las pastas modernas mejoradas, en estos casos la presencia de arcilla es mínima para los cuerpos cerámicos de tipo porcelana y casi nula para los tipo de componente único. Para generar estas pastas se necesitan de ingredientes puros, y de un exigente control en su producción así como de elevadas temperaturas de cocción. 4.2.23 Pastas permeables porosas. Provienen de algunas de las arcillas técnicas ya mencionadas. Sus poros están conectados y cuentan con un cuidado riguroso en sus dimensiones ya que se utilizan en procesos de filtración. 4.2.24 Pastas de tipo porcelana. Se basa en un conocimiento mas profundo de los componentes de la porcelana, la selección rigurosa de materias primas hace que se les confiera diferentes propiedades, y toman el nombre del material adicionado. 4.2.25 Pastas tipo de componente único. Estas pastas están generadas por un solo componente de gran pureza, y por el cual reciben su nombre, generalmente son materiales cerámicos de alta resistencia a esfuerzos mecánicos, a la corrosión, a altas temperaturas, a la fricción, y dependiendo del componente presentan propiedades especiales de conductividad o aislamiento eléctrico y de resistencia al choque térmico. 2.1.2.4 Pastas de conductividad térmica 1elevada.. Existen algunas cerámicas con alta conductividad térmica, las cuales son idóneas para desarrollar productos con las mismas características. El coeficiente de conductividad térmica es una característica de cada sustancia y expresa la magnitud de su capacidad de conducir el calor. Su símbolo es la letra griega A.. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en vatio I metro x kelvin (W/(m·K)), en kilocaloría / hora x metro x kelvin (kcal/(h·m·K)) en el sistema técnico, y en BTU / hora x pie x Fahrenheit (BTU/(h·ft·ºF)) en el sistema anglosajón. (Synger, 1990) 14.

(24) Las pastas de alta conductividad térmica son raras en el campo cerámico y, son al mismo tiempo compactas y de buenas propiedades dieléctricas pueden encontrar aplicación en el campo de los dieléctricos. La Figura 2 - 1 representa las conductividades de diversos productos cerámicos comparados con los metales, viéndose en ella que la totalidad de las pastas tradicionales caen en un grupo de O a 2. De acuerdo a la Figura 2 - 1 se puede observar que las porcelanas de óxido de berilio cuentan con una alta conductividad térmica, por ellos es de las primeras opciones como materia prima para fabricar el muro solar; por otra parte la alumina también cuenta con una conductividad térmica alta por provenir del aluminio, además este material ayudaría a que el producto terminado fuera resistente y compacto; una tercera selección de materia prima, es aquella que se utiliza en la producción de ladrillos, ya que cuenta con materiales como alúmina y oxido de berilio en menor porcentaje, además de ser la mas recomendada en la industria cerámica para este uso, por su bajo costo de obtención y producción.. 200. 218--··-----. Cobre (metálico). ~ «I. ~co-- 00-+-+--11- 11a ________ Aluminio (metálico). o. 1. 100. Oxido de berilio (100 %). X. e 9. ~. i. ~. ~ 50 ~. 19--------Plomo (metálico) xido de estaño. 17. Ziroón, aislamiento. Espinela, aislamiento Espinelas ferromagnéticas Oxido de titanio ferroeléctricos Titanatos ferroeléclric1í's Porcelana eléctrica Esteatita Cordierita Mullita Vidrios Mica aglutinada con vídrfo. 4. 2. o. Figura 2-1 Conductividad Térmica de los materiales cerámicos. Fuente: Cerámica lnsutrial Vol. 2. 15.

(25) 2.2Productos innovadores en el sector cerámico. Cuando se diseña un producto, es indispensable conocer bien el mercado (productos de cerámica), el consumidor meta (deseos y necesidades) y la competencia (si es que existe) con la finalidad de ofrecer un producto competitivo y adecuado; con la finalidad de generar ganancias para el productor y beneficios para el consumidor.. 2.2.1. Cerámica translúcida.. ESMALGLASS es una baldosa translúcida de naturaleza vítrea obtenida mediante la sinterización de partículas de frita que representan una gama cromática de 76 tonos; los formatos de serie rectificados son: 29 x 29, 26x56, y 44 x 44 cm con 7.9 y 12 mm de espesor. Su instalación en muros puede realizarse mediante estructuras metálicas o de madera a las que se ancla la cerámica con silicón estructural, sistemas de apertura y cierre rápido (velero o similar) o mediante sistemas mecánicos. En cuanto a pavimentos, esta cerámica translúcida debe ser reforzada con un laminado butiral de polivinilo (PVB) a vidrio empleando para su instalación cualquiera de los sistemas existentes en el mercado para este tipo de pavimento. Un producto que se diseño a partir de esta cerámica translúcida es el bloque de fibrocemento con terminación translúcida de doble cara y sus formatos disponibles son: 41 x 41 x 8 y 20.5 x 41 x 8 cm, en estos formatos se puede integrar iluminación interna de los bloques.. Figura 2-2 lzqui.erda: Bloques Plak Up de Esmalglass. Derecha: Cerámica Transparente. Original en color.. 2.2.2. Paneles Fotovoltaicos.. El cambio de pensamiento por parte de los consumidores hacia los productos sustentables y energías alternativas ha tenido reflejo en distintos sectores, y uno de ellos es el cerámico, que ha propuesto dos sistemas para integrar células fotovoltaicas en las fachadas cerámicas. Uno de ellos es el circuito generador (frita e isofotón), el cual se encapsula mediante laminación directa entre la pieza cerámica y la capa final de protección. La protección frontal esta formada por una triple capa de TECLAR (polivinilflororuro) PET (polietilenftalato) TEDLAR (de .025.075-.025 mm de espesor respectivamente). La película externa ofrece gran resistencia a la intemperie y la interna gran adhesión al encapsulante, la capa intermedia confiere aislamiento 16.

(26) eléctrico y estabilidad mecánica. El material de encapsulado se utiliza E.V.A. (etil-vinil-acetato), en cual en su interior cuenta con un circuito formado por las células solares. Un ejemplo aplicado, es el proyecto financiado por la European Comission DG-TREN en Freising (Alemania), el cual consiste en una barrera de sonido de lkm de longitud en la autopista que va de Munich al aeropuerto. Los módulos están fabricados con piezas de Gres Porcelánico (PAMESA) y con celdas fotovoltaicas encapsuladas. Se colocaron un total de 6750 piezas de 100 x 50 cm, y con una potencia de generación eléctrica de 338 kWp.. Figura 2-3 Carretera Freising - Aeropuerto. Munufactura por ISOFOTON. Original en color.. El segundo sistema esta construido por paneles de estructura de aluminio anonizado que integran las celdas fotovoltaicas de silicio cristalino. Cuentan con un diseño modular para facilitar la instalación, así mismo cuenta con perfiles horizontales superiores e inferiores adaptados para el enganche en la fachada ventilada. También cuenta con el encapsulado EVA, el cual las protege contra la suciedad, humedad y golpes frontales, en su parte trasera cuenta con un laminado de TEDLAR de color negro para mayor integración arquitectónica.. 2.2.3 Tabique térmico acústico y Termo--arcilla Este producto esta formado por piezas cerámicas multiestrato que alternan aislantes y placas cerámicas; con ellas es posible construir tabiques con un ekvado nivel de aislamiento acústico (de hasta 60 dB) y resistencia al fuego. Las piezas se presentan en tres distintos espesores, los cuales son: 6, 1O y 13 cm y la colocación es sencilla debido a la estructura de macho-hembrado de los tabiques y mediante la utilización de adhesivos cerámicos s.e realiza una instalación sencilla.. 17.

(27) Otro producto diseñado para la construcción son los tabiques de termo-arcillas, los cuales son bloques de arcilla, estos cuentan con patrones de orificios cuya finalidad es ayudar a que el bloque no transmita el calor externo al interior de la construcción y los diseños varían dependiendo de la compañía que los fabrique.. Figura 2-4 Izquierda: Tabique térmico acústico. Derecha: Tl,rmo-arcilla. Orighrnl en color.. 2.2.4. Pavimentos ergonómicos (TAU CERAMICA). La empresa TAU Cerámica diseñó Civis'Care, un pavimento especialmente diseñado para aportar bienestar a las personas en todos los sentidos, tanto desde el punto de vista técnico como emocional, ya que esta basado en la directrices del Diseño Universal. Civis'Care aporta una línea de soluciones cerámicas dando respuestas a espacios colectivos como hospitales, centros comerciales, de asistencia social, balnearios, residencias; cualquier lugar donde se desarrollen actividades recreativas y recuperación de la salud. La nueva línea Civis'Care cuenta con todas las ventajas que ofrecen los recubrimientos cerámicos: higiene, confort y fácil mantenimiento, pero además, en su creación se han tenido en cuenta aspectos importantes en el diseño como la ergonomía, la accesibilidad y la seguridad; adaptadas a las necesidades específicas de los usuarios que utilizan estos espacios. TAU tuvo que investigar en distintos aspectos para su diseño y partieron del aspecto emocional, para que el entorno sea lo más agradable posible. Tengamos en cuenta que Civis'Care es un pavimento para ser utilizado por pacientes, ya que hay estudios que vinculan la recuperación y mantenimiento de la salud con la influencia conjunta de factores externos, como la interacción espacial con el entorno que habita el enfermo o las personas de edad avanzada.. 18.