APLICACIÓN DE SISTEMAS DE GENERACION DE ENERGIA EÓLICA EN FACHADAS DE EDIFICACIONES LOCALIZADAS EN LA CIUDAD DE PORTO
ALEGRE, BRASIL.
CINDY AGUIRRE BERRIO
Proyecto presentado para optar al título de Arquitecta
Asesor
Lucas Arango Díaz, Arquitecto, Magister en Arquitectura con énfasis en comportamiento ambiental de espacios urbanos y edificaciones.
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN FACULTAD DE ARTES INTEGRADAS
PREGRADO EN ARQUITECTURA MEDELLÍN
2014
Agradecimientos
Agradezco a mi familia por el apoyo, la fuerza, el amor durante todo este proceso y también a aquellas personas que en algún momento fueron una voz de aliento para continuar con más fuerza y amor.
Al ingeniero Julio Cesar Solís que desde México, apoyo y acompaño este proceso con mucha paciencia y entusiasmo para la explicación del Software utilizado.
Al profesor Lucas Arango por su entusiasmo y paciencia para cada corrección, además del gran apoyo durante todo el proceso en la búsqueda de información.
A la Universidad San Buenaventura y todos los profesores que forman parte de ella, que durante todo este tiempo han sido parte para la adquisición de nuevos conocimientos.
A Brasil por permitir explorar y adquirir nuevas experiencias que sirvieron para tener nuevos pensamientos y ver otro lado de la arquitectura.
“La posibilidad de realizar un sueño es lo que hace que la vida sea interesante”
Paulo Coelho
CONTENIDO
1.1 JUSTIFICACIÓN ...5
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...6
1.3 OBJETIVOS ...7
OBJETIVO GENERAL ...7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...7
2. ESTADO DEL ARTE...8
2.1 Fachadas cinéticas: ...9
2.2 Fachadas móviles: ... 10
2.3 Fachadas eólicas ... 11
2.4 Fachadas con módulos prosol tf ... 12
2.5 Sistema strata: ... 13
2.6 Fachadas con revestimiento software 25 ... 14
2.7 Aplicación de energía eólica en fachadas ... 14
3. CONSIDERACIONES FINALES ... 20
4. METODOLOGIA ... 21
4.1 Escogencia del lugar del análisis: ... 22
4.2 Análisis de las condiciones de ventilación ... 22
4.3 Escogencia de los sistemas eólicos evaluados: ... 23
4.4 Software utilizado: ... 25
4.5 Escogencia de las fachadas de referencia: ... 26
4.6 Integración y propuesta: ... 28
5. RESULTADOS FINALES ... 28
5.1 Análisis de ventilación:... 28
5.2 Propuesta Horizontal: ... 32
5.3 Propuesta Vertical: ... 34
5.4 Conclusión resultados obtenidos: ... 36
6. CONCLUSIONES... 39
7. DIFICULTADES ENCONTRADAS Y RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS. ... 39
8. BIBLIOGRAFÍA ... 40
1 JUSTIFICACIÓN
Esta investigación se trata del análisis de factibilidad en la aplicación de sistemas generadores de energía eólica en las fachadas de edificaciones de la ciudad de Porto Alegre (POA), Brasil; teniendo en cuenta las características climáticas de la misma. El objetivo, con base en los análisis y resultados generados consiste de este modo en realizar una intervención o adecuación de una fachada.
Actualmente existen muchos prototipos de fachadas con aplicación de software especializado; como las fachadas cinéticas, móviles, eólicas, etc. Todas ellas con valores estéticos y aplicaciones diferentes pero con un objetivo común, implementar energía eólica o energía solar. Todas se proponen como una alternativa viable y auto sostenible para reducir el consumo de energía dentro de las edificaciones, y así propiciar la generaración de su energía.
El análisis de las fachadas eólicas devela uno de los mecanismos más tradicionales para la obtención de dicha energía: los molinos de viento. Gracias a los avances tecnológicos y la participación de este mecanismo en la generación alternativa de energía,su aplicabilidad en el que hacer arquitectónico se ha ido intensificando y convirtiendo en una viable y excelente propuesta; de esta manera, han ido sumando aportes en el crecimiento y desarrollo de las ciudades.
No obstante los beneficios económicos y ambientales que se pueden tener con la aplicación de éste y otros mecanismos similares, se modifica la imagen de los proyectos arquitectónicos; por ello, es común encontrar cada vez con mayor frecuencia, proyectos que apelan a la estética ambiental e integran ésta tecnología innovadora con diseños altamente cualificados.
Esta investigación tiene por objetivo integrar un sistema eólico implementado con materiales de fácil acceso en un sistema de fachada arquitectónico, de tal manera que se genere la suficiente energía para abastecer una edificación de forma parcial o total. Para lograr esto, se propone realizar primeramente un análisis de factibilidad que considere el clima local de la ciudad de Porto Alegre y sus variables.
2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
¿Qué tecnología de punta se podría incorporar a los diseños arquitectónicos de manera que contribuya a la eficiencia energética?, ¿qué mecanismos que funcionan a partir de la energía eólica podrían ser viables en los diseños arquitectónicos?
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Explorar la incorporación de un sistema de generación de energía eólica en la fachada de un edificio en altura localizado en la ciudad de Porto Alegre (POA), Brasil; de modo que atienda las necesidades parciales de energía del mismo.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Incorporar un dispositivo de generación de energía eólica como propuesta a implementar en las fachada de la ciudad de Porto Alegre, Brasil; a partir del análisis de las condiciones climáticas locales.
Re-diseñar la fachada de un edifico en altura residencial localizado en la ciudad de Porto Alegre a partir de la incorporación de dispositivos de generación de energía eólica, a fin de abastecer de manera parcial o total la demanda de energía eléctrica del mismo.
Comparar el rendimiento de diferentes dispositivos de generación de energía eólica dispuestos en diferentes prototipos de fachadas en la ciudad de Porto Alegre, Brasil.
4. ESTADO DEL ARTE
Frente al panorama mundial de la actualidad, que evidencia un desastre ecológico cada vez de mayor magnitud; diversas investigaciones y aplicaciones en el campo de la arquitectura y la ingeniería han optado por estudiar técnicas y tecnologías que minimicen los daños ambientales derivados del proceso de construcción y ocupación de espacios.
En la actualidad, gracias a los nuevos avances tecnológicos las edificaciones se han ido transformando con diversos tipos de adaptaciones. La forma de proyectar y de intervenir una edificación ha cambiado, y con el pasar de los años se ha perfeccionado y avanzado notablemente. Ya no solo se hace uso deelementos arquitectónicos tradicionales, sino que se utilizan conceptos y materiales de otras disciplinas como el diseño industrial, la ingeniería eléctrica, la ingeniería mecánica entre otros.
Un ejemplo de éstas alude a la aplicación de novedosos dispositivos en las fachadas que buscan reducir la dependencia de sistemas artificiales de iluminación y aire acondicionado, generando energía a partir de sistemas eólicos y fotovoltaicos, o aplicando una mezcla de los dos anteriores. Estas incorporaciones necesariamente aportan un ingrediente de cambio a los valores morfológicos y estéticos, tradicionales y modernos.
La gráfica a continuación (fig.1) muestra algunos ejemplos de fachadas de alta tecnología:
Figura 1. Ejemplos de fachadas con aplicación de sistemas de última tecnología para reducir dependencia energética.
tipos de fachadas
revestimiento software 25
Strata
Módulos sistematizados
Modulos profol TF
Fotovoltaica
Eólicas
Energia eólica
Cinéticas
Software especializados
Móviles
Manueles o software
4.1 Fachadas cinéticas:
Las llamadas fachadas cinéticas son aquellas tratadas con software especializados según la orientación solar, establecida mediante estudios bioclimáticos; buscan ser una estrategia tecnológica para la incorporación en los proyectos arquitectónicos, que genere una relación entre la estética y la funcionalidad de los proyectos.
Actualmente son muy utilizadas en diversos proyectos arquitectónicos para generar variabilidad en la apariencia de los mismos, especialmente con la finalidad de aumentar su eficiencia energética.
Con las fachas cinéticas, se adaptan las fachadas para que reaccionen a la variabilidad del ambiente, según la incidencia solar o la ventilación que sea adecuada dentro de la edificación “y para esto es necesario proporcionar al edificio con ojos o bien con sensores que indiquen la posición del sol, la temperatura a la que está sometida la fachada. Este complejo de facultades que se le van ingresando a un edificio hace necesario tener cierta capacidad de inteligencia artificial para tomar decisiones debido a las variantes que presenta el ambiente, porque es difícil predecir con exactitud si va llover, si alguna nube va tapar al sol o va haber eclipse solar, en fin, la gama de posibilidades es infinita”(“[ Arte+ ]: FACHADA CINÉTICA,” s.f.). Un proyecto que funciona como un ejemplo que cumple esta alternativa de fachada son las torres Al Bahar en Dubai, tal como se muestra en la imagen 1, que fueron diseñadas por Aedas arquitectura, ganadores del concurso de diseño para la construcción de dichas torres, quienes implementaron e integraron lo último en tecnología de las fachadas cinéticas en dicha construcción, e hicieron de este uno de los proyectos más sofisticados de su tipo. En ellas “el creador de la protección solar dinámica Abdulmajid Karanouh, trabajo con el fin de evitar el sobrecalentamiento de las fachadas de vidrio sin comprometer la calidad de la iluminación en interiores naturales. Este innovador tipo de protección solar, gracias a un sistema de vinculación asistida por ordenador, se abre y se cierra para modular la intensidad de la luz natural y por lo tanto garantizar a sus usuarios un alto nivel de confort visual y térmico. La idea no es del todo nueva, se utiliza en la tradición árabe para difundir la luz directa y crear un microclima confortable.” (“TORRES AL BAHAR | TECNNE │ Arquitectura, Urbanismo, Arte y Diseño,” s.f.).
Imagen 1 Torres Al Bahar
Fuente: tomada de la página: http://cdn.controlinveste.pt/Storage/TSF/2013/big/ng2877053.jpg <último acceso: 6 de Mayo de 2014>
Otro tipo de modelos con intervención en las fachadas son: fachadas móviles, fachadas eólicas, fachadas con módulos, sistema strata, revestimiento, por mencionar algunas que se estudiaran de manera superficial a modo de referencia, y otras a mayor profundidad como pilares en el desarrollo de esta investigación.
4.2 Fachadas móviles:
Tienen diversas formas de aplicación que varían según las necesidades que plantee el proyecto arquitectónico, ya sea por la prevalencia del modo solar o de ventilación según sea más conveniente para la funcionalidad y confort de los mismos. El grupo de control solar que hace referencia a los sistemas tecnológicos implementados para utilizar la energía obtenida por el sol, es de los más aplicados actualmente.
La utilización de paneles fotovoltaicos que reaccionan y cambian su morfología para regular la temperatura, configura un edificio inteligente o domótica y varían su estética según la época del año y hora del día; se basan, en exhaustivos análisis y estudios bioclimáticos previos a su desarrollo y construcción. Un proyecto que aplica este tipo de fachada se muestra en la imagen 2, una estructura desarrollada por el arquitecto Ernst Giselbrecht que “se basa en un elemento que cubre la fachada vidriada y que por su diseño puede ser plegado formando aleros, cada paño de esta cobertura puede ser abierta o cerrada de manera diferente”(“REVISTA DIGITAL APUNTES DE ARQUITECTURA: Arquivideo 2 : Fachadas móviles en Arquitectura,”
s.f.).
Imagen 2 Fachada cinética
Fuente: tomada de la página http://3.bp.blogspot.com/-
WHIxXAulU0/T2PtiCTeH_I/AAAAAAAAMUQ/1B8BI4M49yo/s1600/FACHADINA.png <último acceso: 7 de Mayo de 2014>
Actualmente las fachadas móviles se utilizan en cualquier tipo de edificio y su instalación no suele incurrir en r costos significativamente diferentes a los de los paneles solares de control manual. A su vez estas fachadas son sistematizadas por un software avanzado, y están conformadas por un panel de aluminio, o el material adecuado según las especificaciones y características que se planeen darle al proyecto, privilegiando los materiales livianos y de fácil transporte para su instalación.
La concurrencia y utilización de este prototipo de fachada ha ido aumentando con el pasar de los años, debido a que su costo no es tan alto y además, es posible realizar su aplicabilidad sin la necesidad de un software avanzado, teniendo siempre como base fundamental los estudios bioclimáticos realizados previamente para su correcta orientación.
4.3 Fachadas eólicas
Diversos estudios sobre la producción de energía eólica se han realizado a lo largo de los últimos años. Si bien, este tipo de fachadas aún se encuentra en una fase experimental, han logrado transformar la piel de los proyectos de una manera más interactiva. Un ejemplo se puede observar en la imagen 3: “el estudio sueco Belatchew Arkitekter quiere convertir un edificio en altura ya existente de 26 plantas y 85 metros en un rascacielos de 40 pisos y 140 metros y llenarlo de filamentos capaces de transformar la oscilación y los envites del viento en electricidad. Con esta energía quieren cubrir el cien por cien de sus necesidades energéticas.
El responsable del proyecto, David Humble, asegura que los filamentos podrán captar energía hasta en condiciones de vientos poco veloces.”(“Un rascacielos con
«pelos» generadores de electricidad - La Razón digital,” s.f.).
Los materiales utilizados en esta construcción tienen características que funcionan como conductores adecuados de energía eléctrica. Ciertos cristales, piedras naturales o el mismo cuarzo, cuyas formas no son simétricas, aun así permiten transformar la energía. La identificación de estos materiales permitió su implementación, adaptación y utilización de sus propiedades físicas en la construcción de diferentes proyectos.
Este rascacielos por ejemplo, es uno de los proyectos más innovadores y funcionales que se está desarrollando y con el cual se han desenvuelto innúmeras investigaciones actualmente; con él se ha establecido nuevos ítems en la implementación de la energía eólica en la arquitectura moderna.
Imagen 3 Rascacielos Eólico
Fuente: tomada de la página http://www.larazon.es/detalle_normal/noticias/3137860/un-rascacielos- con-pelos-generadores-de-elec#.Ttt1CkP7OhS7qre <último acceso: 7 de Mayo de 2014>
4.4 Fachadas con módulos prosol tf
Este sistema integra la tecnología fotovoltaica en la cual sus materiales y sus
“células de capa fina de silicio de los módulos Pro Sol TF aprovechan de una manera muy eficiente las condiciones particulares de la integración en el edificio. Incluso a elevadas temperaturas y con una radiación difusa de la luz, los módulos suministran muy buenos valores de rendimiento.”(“La nueva generación de fachadas solares de Schüco se llama ProSol TF | DomoticaViva.com,” s.f.). Lo mencionado en el párrafo anterior, facilita una estética uniforme en el proyecto que se evidencia en la imagen 4; además, de una transparencia variable y vidrios con formas para cualquier tipo de aplicación, que precisan cumplir los requisitos para una adecuada utilización de los recursos naturales.
“El módulo combina diseño estético con alta y sofisticada tecnología así como generación de energía solar y consigue unir el interior y el exterior de los edificios mediante grandes superficies transparentes. La incidencia de la luz diurna crea un agradable ambiente. Con la tecnología de capa fina amorfa se consiguen atractivas superficies homogéneas. Las células de capa fina de silicio obtienen además excelentes valores de producción incluso con radiación de luz difusa.”(“La nueva generación de fachadas solares de Schüco se llama ProSol TF | DomoticaViva.com,” s.f.) Cabe mencionar que su instalación no tiene un nivel de complejidad alto , lo que genera una reducción en el montaje de la misma y concibe un beneficio a largo plazo, ya que proporciona ahorro en el consumo de producción de energía eléctrica y del uso del aire acondicionado, por ende minimiza también el impacto económico.
Imagen 4 Fachadas Solares
Fuente tomada de la página:
https://www.schueco.com/web/blob/12719704/618fce4bb3a99489eacde68b09da4647/schueco-em-portugal- previewImage.jpg <último acceso: 7 de Mayo de 2014>
4.5 Sistema strata:
Es otro prototipo de fachada que tiene la intervención de unidades modulares, lo que permite una variabilidad en la fachada que consta de un perfil delgado cuya principal característica es poderse retraer para dar espacio a las unidades modulares, formando así una superficie casi continua.
Las ventajas del Strata incluyen la capacidad de ser diseñadas en formas no rectangulares, adaptándose a diseños amorfos e incluso a superficies curvas cuando está extendido. “Desaparece” visualmente en la estructura subyacente de un edificio cuando está retraído; además, se puede instalar en orientaciones no verticales, independientes, y también constituyéndose en toldos estructurales.
Existen diferentes materiales que pueden aplicarse a este tipo particular de sistema, de los cuales se destacan: el metal, el plástico y la madera principalmente.
, Ello se ejemplifica en la imagen 5, donde un muy atractivo y moderno diseño tiene Strata aplicado en cubierta. El proyecto llamado campus ciudad de justicia fue realizado en el año 2011, y proyectado por “Foster + Partners (Oficina de Arquitectura de Norman Foster) diseñó dos edificios circulares, ambos edificios han sido diseñados para reducir al mínimo la ganancia solar no deseada, al mismo tiempo que permite la luz del día natural en el interior.
La funcionalidad de este sistema se basa en unos módulos que se mueven paralelamente a la fachada del edificio, permitiendo que sus capas estén completamente ocultas cuando este se encuentra retraído. Este sistema puede variar sin gran dificultad entre un estado abierto en gran medida y cerrado completamente, también puede ser configurado”(“Adaptable Building Initiative - Ciudad de la Justicia,” s.f.).
Imagen 5 Cubierta Strata
Fuente tomada de la página: http://www.adaptivebuildings.com/strata-surface.html <último acceso: 7 de Mayo de 2014>
4.6 Fachadas con revestimiento software 25
Este tipo de revestimiento se implementa como una alternativa de variabilidad en la piel del proyecto. Aunque sea tratado de manera plana y uniforme busca impactar en el usuario de una manera visual y funcional. Hace uso de formas geométricas básicas modificando los elementos de intervención en la fachada y utilizando un tipo de revestimiento donde “la iluminación del edificio es un punto relevante para lograr aprovechar las condiciones de membrana lumínica de las fachadas de acero micro perforado. .”(“Universidad de las Américas, Concepción / d+ arquitectos | Plataforma Arquitectura,” s.f.) Así es posible ver en la tarde “ la iluminación dispuesta entre el edificio y la doble piel, ilumina una fachada interior que revela la estructura y su lógica.”(“Universidad de las Américas, Concepción / d+ arquitectos | Plataforma Arquitectura,” s.f.) Demostrando que se puede generar una intervención fácil y económica en cualquier tipo de proyecto arquitectónico, ya sea desde su inicio o en una obra ya establecida; teniendo como premisa el cumpliendo de los requerimientos básicos de una fachada cinética, y a su vez siendo un nuevo método de piel en donde el usuario sigue interactuando con el proyecto.
Imagen 6 Fachada Traslucida
Fuente: tomada de la página http://www.plataformaarquitectura.cl/2008/04/18/universidad-de-las-americas- concepcion-d-arquitectos/ 7 de Mayo de 2014>
Al hacer mención a algunos de los tipos de fachada cinética, se da entrada al tema base de este trabajo, su desarrollo e investigación concerniente a los tratamientos de fachadas con intervención y aplicación de energía eólica.
4.7 Aplicación de energía eólica en fachadas
La energía eólica es producida por los vientos para abastecer una determinada área de energía eléctrica; es uno de los métodos más antiguos y eficiente para generar este tipo de energía, conocido en la antigüedad por los molinos de viento. Pese a que su producción depende de los cambios climáticos y las variabilidades del viento, tiene la suficiente capacidad para generar cantidades importantes de energía eléctrica. Su funcionamiento ha ido mejorando con el paso de los años con la implementación de materiales más livianos que facilitan su instalación y producen variaciones en la forma de captar este tipo de energía, lo cual permitió mayor eficiencia en su desempeño.
Hoy en día ya la energía eólica no es generada en las afueras de las ciudades como era común en el pasado, sino que su producción se ha venido integrando al proceso de crecimiento de la ciudad, situación que alteró los molinos de vientos tradicionales y cambió su morfología, para obtener mejor producción de energía eólica. Gracias a éste avance tecnológico se han establecido estudios sobre la variabilidad de los vientos y la trayectoria de los mismos que orientan la proyección arquitectónica y su lógica. .
Con todos estos estudios se han generado intervenciones en las fachadas de las edificaciones actuales que integran los molinos de viento para la producción de energía en la edificación o de determinadas áreas de ella.
Se han utilizado diferentes adaptaciones a las turbinas de los molinos para integrarlos adecuadamente a la ciudad; surgen de esta manera modificaciones en ellas que permiten hacerlas parte de los proyectos de manera vertical u horizontal.
Las turbinas horizontales deben mostrar siempre las aspas aerodinámicas para generar ascensor y hacer girar sus ejes horizontales; en cambio las que están en posición vertical son más variables al viento y lo capturan de una manera más eficiente.
Es necesario aclarar que “"El viento en un entorno urbano es complejo e irracional y muy difícil de predecir", dice John Breshears, presidente de aplicaciones de arquitectura, una empresa de ingeniería y diseño con sede en Portland, Oregón.”(“A Force of Nature,” s.f.). Para los estudios de la variabilidad del viento y su Complejidad se utiliza la aplicación de un sistema “computacional de dinámica de fluidos (CFD) software proporciona una simulación "en tiempo real casi" del comportamiento del viento. Se aplica desde las etapas más tempranas de diseño para una variedad de tareas, tales como la evaluación de las oportunidades para la ventilación natural y la evaluación del impacto de las corrientes descendentes en la calle.”(“A Force of Nature,” s.f.).
Un ejemplo con aplicación de energía eólica es “el primer diseño del acelerador de alto perfil fue el Bahrain World Trade Center (WTC), terminado en 2008 con tres turbinas de eje horizontal de 95 pies de diámetro montadas sobre BridgeWays entre dos torres gemelas de 50 pisos. Fabricante de aerogeneradores danés Norwin proporcionó las turbinas de 225 kilovatios (kW), que el arquitecto Atkins Global predijo que generar hasta 1.300 megavatios-hora (MWh) por año. Eso sería 200 veces mayor que la producción de BIWP Doce Occidental y satisfaría 11 al 15 por ciento del consumo del edificio.”(“A Force of Nature,” s.f.)
Imagen 7 Bahrain World Trade Center
Fuente: tomada de la página http://archrecord.construction.com/tech/techFeatures/2013/1304-A- Force-of-Nature-slideshow.asp?slide=4 <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Otro ejemplo con este tipo de intervención se encuentra en Estados Unidos en donde el techo del medical research foundation (OMRF) en Oklahoma es una colaboración entre Venger viento y SWG energía. Aquí la compañía “Venger viento instalado una serie de 18 aerogeneradores de eje vertical(su propio modelo V2) como parte deOMRFestrategia de sostenibilidad de producción de energía con cero emisiones en su nueva torre de investigación en la ciudad de Oklahoma.Las 18 turbinas V2 omnidireccionales tienen una potencia de 4,5 kW, comienzan a generar electricidad a una velocidad de viento de 8,9 mph (por debajo de la velocidad del viento media anual de la ciudad), y el proyecto es un buen ejemplo de lo que es posible con la energía eólica pequeña integrada en diseños de edificios.”
(“Mayor Integrado sistema de energía eólica en EE.UU. Instalado en Oklahoma City:
TreeHugger,” s.f.), las turbinas están hechas de acero y aluminio de calidad aeronáutica, reduciendo el ruido ambiental y siendo más seguras y eficientes.
Imagen 8 Turbinas V2
Fuente: tomada de la página http://vengerwind.com <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Al generar esta integración se está "convirtiendo la asotea del edificio en un parque eólica, por lo que ya le da otro carácter a la cubierta y la establece de una forma más dinámica y funcional”. (“Mayor Integrado sistema de energía eólica en EE.UU.
Instalado en Oklahoma City: TreeHugger,” s.f.).
Otro modelo que se encuentra en estudio es la torre elephant and castle, localizada en Londres. Que genera una parte del abastecimiento de la energía del proyecto por medio de tres turbinas instaladas en la parte superior ;“ while wind speeds in the concrete jungle at the tower's base would render a wind turbine pointless, at 42 storeys up they are capable of 35mph gusts – a serious challenge for the workers who created the complex steel structure – and are projected to generate 8% of the building's electricity needs.”(“Edificio emblemático de Londres generará un 8% de sus necesidades energéticas | Entorno | theguardian.com,” s.f.). Realizar este tipo de intervención, debe ser de de manera experimental, debido a que la incorporación de los tratamientos eólicos a fachadas se basa en datos y estudios variables, por eso “The brief we gave to Hamilton's Architects was we wanted a statement, we wanted to create benchmarks for sustainability and urban living. We wanted something bold, we wanted remarkable.”(“Edificio emblemático de Londres generará un 8% de sus necesidades energéticas | Entorno | theguardian.com,” s.f.).
Estableciendo que la arquitectura piensa cada vez másen la utilización de recursos bioclimáticos y en intervenir de manera funcional en el proyecto, por medio de la utilización de materiales económicos para establecer edificios sustentables.
Imagen 9 Tres turbinas
Fuente: tomada de la página http://archrecord.construction.com/tech/techFeatures/2013/1304-A-Force-of- Nature-slideshow.asp?slide=3 <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Se tienen diferente opiniones como la de “Paul King, director ejecutivo de UK Green Building Council, quién elogió el edificio, pero advirtió sobre la energía eólica que era poco probable que se estableciera en los rascacielos: "Hay que quitarse el sombrero para el equipo de diseño para la entrega de una cola edificio capta Claramente. La imaginación dudo que la energía eólica se convertirá en una
característica común en los proyectos urbanos de gran altura - pero sin este tipo de innovación audaz, ¿cómo podemos saber si funciona? Vamos a ver cómo funciona y aprender de los datos de rendimiento reales que se recogen.”(“Edificio emblemático de Londres generará un 8% de sus necesidades energéticas | Entorno
| theguardian.com,” s.f. traducido de translate.google.com) Dicho postulado lleva a pensar que todo experimento va siempre a generar resultados buenos o malos, se trata de intentar nuevamente y adquirir diferentes datos que ayuden al mejoramiento en este tipo de intervenciones.
Un nuevo experimento en donde se propone un tipo de turbina diferente es el que ocurrió en san francisco que tiene “una columna de aerogeneradores que se extiende hasta un lado de la estructura de 13 pisos detrás de una cara con paneles de vidrio. Esta energía eólica "ala" - la primera de su tipo - albergará siete turbinas de generación de energía, proporcionando al menos el 7% de las necesidades energéticas del edificio. La curvatura del lado del edificio está diseñado para mejorar la velocidad del viento.”(“Windy City: Poner Turbinas Dentro Edificios | Co.Exist | Ideas + impacto,” s.f.) Y no solo tendrá la intervención de energía renovable, sino que contendrá más intervenciones sustentables como el reciclaje de agua, implementara un sistema de ventilación llamado chimenea solar y paneles solares.
Por lo que “se espera que la construcción va a utilizar aproximadamente la mitad de agua y un 32% menos de energía que un edificio de oficinas comparable.”(“Windy City: Poner Turbinas Dentro Edificios | Co.Exist | Ideas + impacto,” s.f.)
Imagen 10 Edificio Sustentable
Fuente: tomada de la página http://www.fastcoexist.com/1678877/windy-city-putting-turbines-inside-buildings
<último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Otro ejemplo realizado es con una intervención en toda la fachada de dos torres diseñada por un grupo de arquitectos con la intención de combinar la estética con la funcionalidad del Proyecto en un entorno urbano, donde “The structure is a pair of towers whose exteriors are covered in blade-like wings that project up to catch the wind ; the wind then moves the wings, which are attached to rings that spin around
the buildings' exteriors. To accentuate architecturally the permeability of the structure, the towers feature empty plastic cavities interspersed throughout their heights.”(“Las Torres Gemelas Gullwing: Rascacielos en negrita urbanos Aerogeneradores - eVolo | Revista de Arquitectura,” s.f.)
Imagen 11 Gullwing Twin Wind Towers
Fuente: tomada de la página http://www.evolo.us/architecture/the-gullwing-towers-twin-skyscrapers-as-bold- urban-wind-turbines/ <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Un proyecto que ha generado diversos comentarios es el primer edificio con movimiento realizado en Dubái, un proyecto que implementa el uso de la energía eólica y también paneles solares para que el consumo de energía dependa solamente del edificio. “La energía para el edificio será suministrada por las turbinas eólicas horizontales instaladas entre las plantas, evitando así el impacto visual, uno de los principales inconvenientes de lo familiar turbina "hélice", Las cuchillas están diseñados y construidos con materiales para permitir un funcionamiento silencioso.”(“Dubai viento Powered Rotating Skyscraper está construyendo en movimiento | Verde Profeta,” s.f. Traducido de translate.google.com ). El edificio en altura esta realizado con materiales reciclables, utilizando una solución en el diseño donde se solucionan problemas como el ruido de las turbinas y aplicando por completo un pensamiento. Creando para el usuario una interacción constante con el edificio y generando un confort dentro del mismo.
Imagen 12 Turbinas Ocultas
Fuente: tomada de la página http://www.greenprophet.com/2008/09/wind-powered-building-in-motion/ <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
Al saber sobre este tipo de intervenciones en fachadas, cada proyecto propone diversas turbinas, en su mayoría prototipos que se adaptan con la idea de dicho proyecto, a su altura y con la idea principal de disminuir el consumo de energía eléctrica que no es producido por el mismo; un problema de este tipo de energía es el ruido que generan, vibraciones y turbulencias. Para ello son muchos los estudios que se le han realizado para disminuir poco a poco este tipo de inconvenientes. “El edifico el primero en incorporar las turbinas de viento tradicionales estructuralmente.
Tras su finalización, se esperaba que iban a proporcionar más de un 8% de la demanda energética del edificio. Sin embargo, los residentes que habían desembolsado miles de dólares para los áticos bajo las turbinas no estaban muy contentos con el ruido de arriba.”(“PowerWINDows:Uma Proposta para Turbinas de Vento compatíveis em Arranha-Céus | ArchDaily,” s.f.). Dejando en claro que es necesario realizar adaptaciones a las turbinas para su integración urbana.
Imagen 13 Turbinas convencionales
Fuente: tomada de la página http://www.archdaily.com.br/br/01-113095/powerwindows-uma-proposta-para- turbinas-de-vento-compativeis-em-arranha-ceus <último acceso: 15 de Mayo de 2014>
5. CONSIDERACIONES FINALES
Con los prototipos generados actualmente y como se ha mostrado en la investigación son varios los que se han tratado, todos abarcados de maneras diferentes, pero buscando el mismo fin, obtener una fuente alternativa de energía a partir de la energía eólica y su adecuación a la arquitectura que conocemos actualmente.
Para poder saber sobre la factibilidad de este tratamiento en fachada se tiene como primera base la variabilidad del viento, la cual será tomada de estudios climáticos que se realizan antes al prototipo de fachada. Mirando que sean vientos constantes y con una velocidad mínima de 10 km/h, se establece la ubicación de los molinos a una altura mínima de 15 metros para abastecer de energía un bombillo o una decena de estos y que estos duren encendidos como mínimo una hora; si los vientos son superiores a esto es capaz de abastecer de energía de manera total una edificación o un área determinada de esta.
Cada una de las intervenciones realizadas hasta el momento aún se encuentran en la parte investigativa, pero todas arrojando buenos resultados, lo que ayuda a que se implemente más este prototipo de fachadas, gracias que su inversión será recuperada con el ahorro de consumo eléctrica, que será reemplazada por el abastecimiento con energía eólica y son muchas las opiniones que genera este tema en la actualidad, desde diferentes perspectivas como la arquitectónica, la ingeniería, la construcción etc.
6. METODOLOGIA
Este trabajo se desarrolló a partir de dos enfoques. Uno de manera cualitativa y otro de manera cuantitativa. El análisis cuantitativo se enfoca en el análisis de factibilidad de un sistema eólico a partir de softwares especializados y la parte cualitativa hace referencia a la evaluación del impacto que genera, la integración de los dispositivos eólicos en la fachada.
Para alcanzar los objetivos planteados en esta investigación se escogió un lote en la ciudad de Porto Alegre, Brasil, sobre el cual se analizaron los vientos predominantes. Paralelamente fue escogido un sistema eólico de generación de energía considerado a partir de la utilización de las turbinas empleadas en los molinos de viento. Adicionalmente fueron elegidos modelos de fachadas base sobre las cuales se ejecutaría la inclusión de las turbinas. Finalmente, fue utilizado el software WasP para estimar la generación de energía de estos dispositivos.
Las etapas en las que se desarrolló esta investigación son:
Figura 2. Ejemplo del desarrollo de la metodología.
6.1 Escogencia del lugar del análisis:
Localización del lote en la ciudad Porto Alegre, Brasil, situado en la parte central de la ciudad en el barrio Bom Fim, en la Rua Irmão José Otao e Rua Dr Barros Casal, ubicado en la esquina de la intersección de ambas calles, un sector residencial y con edificaciones en altura de la ciudad, que serán tomados en cuenta para realizar los análisis de ventilación y su variabilidad, además de estar situado cerca a uno de los parques más importantes de la ciudad llamado Redenção.
Imagen 14 Localización del lote tomada de google earth <último acceso: 10 de Agosto de 2014>
6.2 Análisis de las condiciones de ventilación
Obtención y análisis de los vientos predominantes en la ciudad de Porto Alegre para la adecuada selección de los mecanismos a utilizar. Estos datos fueron tomados de los estudios anuales de ventilación de la ciudad, que son dados en una tabla de
PROCESO
Escoger el lote
Analizar los vientos
Escoger las turbinas Utilizar el
software Estudiar fachadas
Diseñar y proponer modelos
Resultados
Excel, con sus diferentes variables y cálculos en distintas horas como se puede ver en la tabla 1 en la parte de resultados, además de los graficados en donde se logran distinguir los vientos predominantes como se pueden observar en la imagen 14, estos serán llevados al programa WasP para su análisis, en el que también se tienen en cuenta las alturas de los edificios aledaños que generan una variable en la trayectoria de los vientos como se puede apreciar en la figura, donde los vientos predominantes vienen en dirección noreste y sureste.
Imagen 15 Vientos predominantes de Porto Alegre <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
6.2 Escogencia de los sistemas eólicos evaluados:
Se realiza una búsqueda de los diferentes tipos de aerogeneradores utilizados en los molinos de vientos y las modificaciones que se les han realizado para integrarlos en las zonas urbanas y en diferentes proyectos arquitectónicos, esta adaptación son conocidos como micro aerogeneradores, que son de fácil instalación y con un precio más económico. Llevando a una selección de dos dispositivos eólicos utilizados en eje vertical o eje horizontal para la ciudad de Porto Alegre. El primer micro aerogenerador es una adaptación de los aeolos-v que generan una potencia entre 300 W- 400 W que serán utilizados de manera vertical en la adaptación y modificaciones de los aerogeneradores de serie V muy utilizados en el mercado, gracias a su rendimiento, la adaptación que se llevó a la fachadas va a tener su respetivo análisis, dando como resultado el potencial energético y los índices de abastecimiento parcial o general del edificio. Estos se ubicaron a diferentes alturas las cuales serán A 16m, a 20m y a 27m, teniendo en cuenta que para comenzar a obtener energía eólica, el micro aerogenerador o turbina debe estar a una altura mínima de 12 metros, para que estos capten las corrientes adecuadas de vientos y comiencen a producir las energías que van a abastecer el proyecto, después de esto, se decidirá cómo será la ubicación del proyecto, teniendo como base principal las trayectorias de los vientos y la estética de la fachada se verá modificada como un elemento sustentable y fundamental del desarrollo de cada uno de los modelos que se van a proponer.
Imagen 16 Turbina vertical para fachadas
Fuente: tomada de http://blog.is-arquitectura.es/blog/wp-content/uploads/2012/08/Detalle-turbina- V2_Venger-azotea-OMRF-Oklahoma.jpegTabela 2 <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
EspecificacionesTécnicas
Fuente: tomada de http://vengerwind.com/products/v2.html#.VA-QsPl5Nzc <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
Los segundos modelos de micro aerogeneradores son los Swift Wind Turbineque son utilizados en de manera horizontal en la adaptaciones de las fachadas, estos tienen una potencia de 1,5 kW. En este tipo de adaptación se formara un tubo, para una adecuada captación de los vientos y la mejor utilización de estos para poder tenerlos de una forma controlada y que nos ayuden al desarrollo del proyecto. Estos ductos o tubos serán ubicados en pares en cada uno de los pisos y alturas que se van a seleccionar; la primera altura será a los 20m y el segundo a los 34m, en cada ducto, se ubicaran tres aerogeneradores. Al igual que en el modelo vertical se le hará el estudio a cada una de las fachadas que se van a intervenir.
Imagen 18 Turbina horizontal Fuente tomada de http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar29/images/f67.gif <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
6.3 Software utilizado:
Se realizó el análisis de factibilidad insertando los datos de las turbinas seleccionas en un software especializado llamado WasP que quiere decir Wind Análisis Atlas y Application Program, es un software para realizar análisis de vientos y evaluar, comparar los datos obtenidos de energía producida por molinos de viento y turbinas eólicas. El programa permite una exploracion estadistica del viento de manera vertical y horizontal. “It contains several physical models to describe the wind flow over different terrains and close to sheltering obstacles. WAsP is an implementation of the so-called wind atlas methodology”(“WAsP -,” s.f.) Con este programa se obtuvieron los datos necesarios para saber la cantidad de micro aerogeneradores, y la cantidad de energía que generaran cada uno de estos para abastecer de manera parcial o total la propuesta de proyecto. Para obtener los resultados correctos, es preciso tener la información necesaria para aplicarlos en el programa, desde las curvas de nivel de Autocad, las alturas de cada turbina y los datos de eficiencia de cada una de estas, que luego se verán en un análisis estadístico para evaluar la capacidad eólica de cada turbina, teniendo en cuenta los datos de vientos de la ciudad de Porto Alegre y la cantidad de consumo energético de un apartamento en la misma.
Con los datos obtenidos es posible realizar una comparación entre los resultados, estableciendo la factibilidad de las propuestas, según las condiciones climáticas de la ciudad.
6.4 Escogencia de las fachadas de referencia:
Se realiza una exploración de diferentes tipos de fachadas que funcionen como referencia para generar la intervención con los mecanismos eólicos, en la cual se seleccionaron diferentes modelos, los cuales sirvieron para diseñar dos modelos diferentes de fachada para cada intervención y adaptación de las turbinas en cada uno de estas.
Las imágenes 19 y 20 se usaron como referentes para la propuesta del diseño del modelo 1 donde se logran ver diferentes tipos de fachadas modernas, aplicadas a edificios residenciales en altura, utilizando una forma circular para romper un poco con la monotonía de los edificios cuadrados y facilitando la estética del proyecto.
Imagen 19 Entre espacios
Fuente tomada de http://vejasp.abril.com.br/materia/o-retorno-dos-flats <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
Imagen 20 Observando los espacios
Fuente tomada de http://br.brookfield.com/Empreendimento/Interna/SP/apartamento-residencial-centro-cadoro- residencias <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
Las imágenes 21 y 22 escogidas aleatoria mente a partir de una búsqueda de edificios residenciales en altura, son utilizadas como referente para la propuesta del diseño del modelo 2, en donde se utilizan la sobre posición o retracción de volúmenes que sirven como balcones y los espacios retraídos, son utilizados como las zonas sociales de los edificios, que funcionarían adecuadamente para la instalación de las turbinas sin necesidad de afectar las viviendas, convirtiéndose en un elemento más de la fachada.
Imagen 21 Formas
Fuente tomada de http://w3flex.com.br/blog/tag/edificio-residencial/ <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
Imagen 22 Geometría Básica
Fuente tomada de http://blog.arthurcasas.com/arquitetura/larmonia <último acceso: 12 de Agosto de 2014>
6.5 Integración y propuesta:
Con los referentes de fachadas seleccionados, funcionaron como base para generar dos modelos de fachadas integrados por turbinas. Los cuales son estudiados para saber la cantidad, ubicación y estética de las propuestas.
Las propuestas de fachadas se generaron en dos modelos en 3D, integrando cada una de las turbinas seleccionadas con sus diferentes adecuaciones. La primera propuesta se verá se podrá ver en las imágenes de modelo 1.1, 1.2 y 1.3 con una integración de las turbinas de manera horizontal y en la segunda propuesta que se verán imágenes en el modelo 2.1 y 2.2 se integraron las turbinas de manera vertical y de una forma más expuesta.
7. RESULTADOS FINALES 7.1 Análisis de ventilación:
Se realizó el análisis de factibilidad en el lote seleccionado; el análisis se desarrolló mediante datos de velocidad y dirección de viento para obtener cálculos de densidad de potencia eólica y producción energética anual (AEP), En la tabla 1 se muestran los datos obtenidos de la simulación en el Software WAsP, donde A y k son la distribución de probabilidad de Weibull (cambios en la velocidad del viento), Vel. Es la velocidad de viento en [m/s], Dens. La Densidad de potencia en [W/m2]
Tabla 1. Variaciones de Velocidad y Densidad de potencia por cada sector de dirección de viento, a distintas alturas.
Alturas [m]
Dir.
°
1 0
2 30
3 60
4 90
5 120
6 150
7 180
8 210
9 240
10 270
11 300
12 330
10.0 A k Vel.
Dens.
3.4 1.79 3.04 37
5.8 2.80 5.20 126
5.1 2.01 4.49 105
2.1 0.98 2.13 37
2.0 1.14 1.94 20
2.5 1.24 2.30 28
4.4 1.06 4.33 260
6.2 1.45 5.59 306
4.1 1.67 3.62 68
2.3 1.26 2.10 21
2.3 1.70 2.05 12
3.0 1.60 2.72 31
25.0 A k Vel.
Dens.
4.5 1.90 4.00 79
7.6 2.89 6.76 271
6.6 2.07 5.83 224
2.8 1.01 2.77 76
2.7 1.21 2.55 40
3.3 1.32 3.02 57
5.7 1.06 5.57 550
8.0 1.46 7.20 646
5.3 1.73 4.72 144
3.0 1.33 2.77 43
3.0 1.80 2.70 26
4.0 1.69 3.59 65
50.0 A k Vel.
Dens.
5.5 2.08 4.84 128
9.0 3.02 8.02 442
7.8 2.16 6.92 360
3.4 1.06 3.30 115
3.3 1.31 3.09 61
4.0 1.44 3.66 87
6.7 1.07 6.52 869
9.3 1.47 8.44 1027
6.3 1.83 5.63 230
3.7 1.45 3.35 66
3.7 1.96 3.27 42
4.9 1.85 4.34 104
100.0 A k Vel.
Dens.
6.6 2.34 5.88 206
10.5 3.26 9.44 692
9.2 2.33 8.13 549
4.1 1.15 3.90 158
4.1 1.47 3.75 90
5.0 1.61 4.44 132
7.7 1.08 7.49 1275
10.8 1.50 9.71 1522
7.5 2.02 6.68 346
4.5 1.63 4.07 100
4.5 2.21 3.97 67
5.9 2.08 5.27 165
200.0 A k Vel.
Dens.
8.3 2.24 7.31 411
12.5 3.24 11.17 1150
10.8 2.32 9.60 907
4.9 1.13 4.66 279
5.1 1.41 4.66 186
6.1 1.54 5.52 269
8.8 1.11 8.50 1778
12.3 1.54 11.05 2169
9.0 1.97 8.02 612
5.6 1.56 5.06 203
5.6 2.12 4.94 133
7.4 1.99 6.55 331
Se ingresaron los datos de viento en WaSP, y se determinó la dirección de viento con mayor frecuencia del área evaluada, como se verá en la Fig. 3; es por ello, que se identificó la dirección de viento predominante ubicada al noreste; por consecuente, se dispuso a posicionar la fachada frontal del edificio propuesto a 30°
de manera que los vientos dominantes incidan en los túneles donde se ubicarán los Aerogeneradores.
Fig. 3. Atlas eólico.
Para determinar la constancia de los vientos, se realizo esta simulación, donde se obtuvo como resultado una velocidad promedio de 2.53 m/s, equivalente a una densidad de potencia eólica de 57 W/m2, valores que extrapolados a una altura de 24 mts. Alcanza una velocidad promedio de 5.40 m/s equivalentes a 650 W/m2 disponibles en el área de intervención para la propuesta de fachada, que se muestran en la Fig. 4 y 5,
Figura 4. Mapa de velocidades de viento
Figura 5. Densidad de potencia eólica
7.2 Propuesta Horizontal:
Para la primera propuesta, que se verán en los modelos 1.1, 1.2 y 1.3 se posicionaron un total de 6 aerogeneradores de la marca SWIFT Wind Turbine en 2 tuberías eólicas en diferentes alturas, cada una con 3 aerogeneradores, la primera tubería está a una altura de 20 mts; Y la segunda a 34 mts. Obteniendo los resultados que se aprecian en la Tabla 2.
Tabla 2. Producción energética por cada aerogenerador de la propuesta 1.
Aerogenerador
X-location [m]
Y-location
[m] Elev. [m] Altura [m]
Velocidad [m/s]
Total AEP [kWh]
Net AEP [kWh]
Perdidas [%]
Turbine site 1 178992.3 1676496 14 19 5.18 730 728 0.38
Turbine site 2 178984.7 1676490 14 19 5.19 732 725 0.92
Turbine site 3 178978.3 1676484 14 19 5.19 732 726 0.81
Turbine site 4 178992.3 1676496 14 33 5.76 901 897 0.39
Turbine site 5 178984.7 1676490 14 33 5.76 903 896 0.78
Turbine site 6 178978.3 1676484 14 33 5.76 903 897 0.7
La producción en la planta eólica del edificio genera una producción energética anual (AEP) de 9,744 kWh a un porcentaje de pérdida del 0.64% que es un valor muy reducido, y que por consiguiente, eleva la eficiencia del proyecto, mostrando la factibilidad a favor de esta intervención la cual convierte el edificio en una propuesta innovadora y sustentable.
En este modelo se puede ver que los aerogeneradores se integran de una manera estética en la fachada del proyecto, la cual es diseñada pensando en un juego de volúmenes en donde se extraen y se sobreponen diferentes partes del edificio de vivienda, que funcionara como balcones y quiebrásoles, según la intención del proyecto y que ayudan a que las turbinas pasan a ser parte funcional del mismo.
Modelo 1.1
Se hacen exploraciones para integrarlos con elementos industriales como persianas en aluminio para cubrir los tubos que contienen los aerogeneradores, siendo la única parte que sobresale del proyecto de una manera exagerada, pero que al mismo tiempo está la integración del todo el sistema para captar la energía obtenida por los aerogeneradores que serán transformada y distribuida de manera parcial para el edificio y también funciona como quiebra-sol para los apartamentos que se ubicaran debajo de estos. El prototipo de fachada en la cual los aerogeneradores atraviesan el edificio de una manera trasversal, están ubicados en un tubo de aluminio el cual captara las vibraciones que generan los aerogeneradores, evitando la transmisión al mismo.
Modelo 1.2
Modelo 1.3 7.3 Propuesta Vertical:
Para la segunda propuesta, que se muestra en los modelos 2.1 y 2.2 se ingresaron 4 aerogeneradores de eje vertical de la marca Aeolos de 300 W, al ser este un aerogenerador vertical, se desprecian los sectores de viento, pues el viento que incide sobre esta clase de aerogeneradores puede venir de cualquier dirección y la energía de este será absorbida por el dispositivo. El diseño del edificio permitirá al aerogenerador captar el viento provenga de 0° a 120° de dirección del viento, pues son a estas la direcciones de donde provienen las mayores velocidades del viento.
Los resultados de se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Producción energética por cada aerogenerador de la propuesta 2.
La producción energética será de esta propuesta será de 4,017 kWh, a un porcentaje de pérdidas de 0.03%, lo cual es un valor muy reducido, lo que hace Site
description
X-location [m]
Y-location [m]
Elev. [m] Height.
[m]
Speed [m/s]
Gross AEP [kWh]
Net AEP [kWh]
Wake loss [%]
Turbine site 6 178998.9 1676484 14 25 5.45 704 704 0.02
Turbine site 5 178980 1676495 15 25 5.45 705 705 0.04
Turbine site 4 178998.9 1676484 14 19 5.19 669 669 0.02
Turbine site 3 178980 1676495 15 19 5.19 669 669 0.04
Turbine site 2 178998.9 1676484 14 15 4.97 636 635 0.02
Turbine site 1 178980 1676495 15 15 4.96 635 635 0.04
constatar que este análisis es eficiente y factible, por ello, se tomará en cuenta para el desarrollo de la fachada de este edificio.
En el segundo modelo de fachada se hace el mismo tipo de exploración, jugar con la forma del edificio extrayendo y sobreponiendo partes del mismo, para realizar una integración total en la estética e integración de los aerogeneradores que estarán localizados en un lateral, de una manera expuesta para la correcta captación de los vientos que vienen en diferentes direcciones, gracias a las variables que se generan por estar en una zona urbana rodeado de diferentes edificios en altura.
Modelo 2.1
Modelo 2.2 7.4 Conclusión resultados obtenidos:
En ambos prototipos de fachadas la perdida de energía obtenida por las turbinas es muy reducida. Esta energía será llevada a un almacenaje que contara con unas baterías, las cuales se encargaran de distribuir uniformemente la misma, logrando abastecer un apartamento de 70 m2 a totalidad. El consumo de energía de un apartamento en la ciudad de porto alegre anualmente es entre 1000 a 1212 kWh.
En la primera propuesta se generó anualmente 9,744 kWh, logrando abastecer de energía 9 apartamentos de 70 m2 del proyecto y en la segunda propuesta se generó 4,017 kWh, abasteciendo 4 apartamentos. Si la velocidad de los vientos son más constantes y mayores, los datos podrían ser mejores, logrando abastecer más apartamentos en ambas propuestas. Es notorio que los aerogeneradores horizontales son más productivos que los verticales, debido a que se forma un tubo de viento, reduciendo la pérdida de viento y generando más energía.
Modelos 1. Cuadro comparativo de resultados.
Con los resultados obtenidos, se demostró el abastecimiento suficiente para dar una factibilidad adecuada a la propuesta de la investigación, que es justificar por medio de los resultados el uso de energía alternativa producida por turbinas de vientos que conforman la estética de una fachada. Siendo aplicado para la ciudad de Porto Alegre.
Desde la perspectiva arquitectónica es evidente que integrar este tipo de mecanismos en la fachada de un edificio en altura es un poco complejo; porque es lograr una integración entre la estética y la funcionalidad, siendo evidente que este tipo de intervención genera resultados positivos, lleva a pensar que es posible integrarlos en la ciudad como una fuente alternativa de energía para diferentes proyectos en altura sean de vivienda, comerciales, institucionales. Para este caso sería interesante vivir en un edifico donde la fachada, además de ser diferente y compuesta por un elemento industrial, logra satisfacer una parte vital del proyecto, como es el consumo de energía eléctrica.
Intervencion horizontal Energia producida 9,744 kWh Abastece 9 Apartamentos 70m2
Apartamentos x Piso=6 Total de pisos 14
Intervencion vertical Energia producida 4,017 kWh Abastece 4 Apartamentos 70m2
Apartamentos x Piso=6 Total de pisos 14
Modelos 2. Integración turbinas.
Es evidente que este tipo de intervención, se trata de generar diferentes exploraciones en las fachadas para su adecuada integración, logrando establecer resultados positivos entre la estética y la funcionalidad.
Actualmente los proyectos buscan satisfacer sus necesidades con los mismos elementos que los componen, incorporando elementos industriales como una alternativa para la obtención de energía eléctrica en los proyectos arquitectónicos.
Las turbinas verticales se ubicaron en la parte externa de la fachada, estableciendo en punto fijo del proyecto.
Donde se pueden ubicar los elementos tecnicos de este, siendo interesante que las turbinas escogidas tienen forma de espiral, ayudando de manera mas facil una integracion con la estetica de los proyectos.
las turbinas horizontales se integraron de una forma donde se pierde un piso del proyecto, ubicandolas en las zonas donde puedan tener balcones o voladizos, cumpliendo la funcion de quebrasol. Ademas de generar una visual interesante al sobresalir un poco en la fachada. lo que permite jugar con la morfologia de cualquier proyecto.
8. CONCLUSIONES
La investigación tuvo como objetivo realizar una exploración para integrar un sistema de generación de energía eólica. Esto logro dos tipos de intervenciones en fachadas. De manera vertical y horizontal, generando resultados positivos para abastecer de energía uno o varios apartamentos de la ciudad de Porto Alegre, Brasil.
Para demostrar esto, primero se realizó una exploración profunda, logrando implementar los dispositivos eólicos más adecuados, donde se seleccionaron dos tipos de turbinas, una para ser utilizada de manera vertical y la otra de manera horizontal, que fueron incorporadas a los modelos propuestos, las cuales se ubicaron a diferentes alturas, gracias a los estudios climáticos que se realizaron en el proceso.
Con el proceso se lograron diseñar dos modelos diferentes de fachadas, compuestas por turbinas que modificaron la estética de estas. Abasteciendo de energía anual una parte del proyecto, favoreciendo y justificando el uso de este tipo de intervención.
Al generar la comparación de los resultados obtenidos en las dos propuestas, fue positivo, siendo evidente que en la propuesta horizontal se logró obtener una mayor cantidad de energía eléctrica, convirtiéndose en la intervención más viable.
Con los resultados obtenidos en la investigación, sirve para demostrar el uso de aplicación en fachadas de sistemas alternativos como las turbinas de viento, para la generación de energía eólica. Estableciendo una relación entre la estética y la funcionalidad en la arquitectura actual. Gracias al desarrollo de la tecnología y al crecimiento de las ciudades permitiendo generar cada día más alternativas que innovan y reducen gastos en el sostenimiento de los proyectos.
9. DIFICULTADES ENCONTRADAS Y RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS.
Durante el trascurso de la investigación se tuvieron algunas dificultades para la obtención de los datos necesarios. Algunos de ellos importantes para realizar los análisis de factibilidad del proyecto. Uno de los datos más difíciles de encontrar fueron las curvas de nivel en formato de AutoCAD de la ciudad de Porto Alegre, Brasil, importante para desarrollar los estudios climáticos que sirvieron como base para definir la localización de las turbinas en las fachadas de las propuestas.
