“ DISEÑO DE UNA CASA ECOLOGICA PARA EL USO EFICIENTE DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LA CIUDAD DE AYACUCHO” XV SIMPOSIO PERUANO ...
Introducción <ul><li>Las edificaciones en nuestra ciudad son construidas sin tener en cuenta diseños que optimicen el uso ...
<ul><li>El desarrollo de los materiales  ligeros (ladrillos con huecos, ventanas acristaladas) hace que las construcciones...
<ul><li>Morillón, D., sostiene que arquitectura bioclimática es “acción de proyectar o construir considerando la interacci...
Objetivo <ul><li>Diseño y estudio energético de una casa ecológica de adobe de 60m 2 , concebida para ser construida aisla...
Metodología <ul><li>Criterios de Evaluación Bioclimática: </li></ul><ul><ul><li>Parte del análisis del clima del lugar </l...
Evaluación Bioclimática <ul><li>El diseño toma en cuenta  un edificio que capte la energía solar, según la época del año, ...
ORIENTACIÓN Y UBICACIÓN <ul><li>La ciudad de Ayacucho se encuentra ubicada en un amplio valle en la Sierra Sur Central And...
CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS DE LA CIUDAD DE AYACUCHO Temperatura Temperatura media anual de 17,5º C
Isoterma de temperaturas para la ciudad de Ayacucho
Movimiento aparente del sol
Radiación solar Radiación Global sobre una superficie horizontal  4,8 kWh/m²-día  UNSCH-CM
<ul><li>El viento casi todo el día tiene dirección N, NE y E. </li></ul><ul><li>Las noches, sobre todo después de las 24h,...
<ul><li>Valor medio anual: 56%.  </li></ul><ul><li>La humedad relativa máxima es de 97% en enero y febrero (época de lluvi...
<ul><li>Puede brillar todo el año entre la 08 y 16 horas.  </li></ul><ul><li>El promedio de brillo solar anual es de 67%  ...
<ul><li>Confort térmico: La sensación mental que expresa la satisfacción con el ambiente térmico. (ASHRAE,1971) </li></ul>...
<ul><li>Orientación :  la facha  principal hacia el Norte, las paredes de frente al norte dispondrán de mayor área que las...
<ul><li>d) Almacenamiento de calor : para aumentar la inercia térmica, se usará materiales de alta densidad. La capacidad ...
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO
CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DE LA CASA <ul><li>Análisis térmico de los cerramientos   </li></ul>Caracterización de los cerram...
Gradiente de temperatura en una pared
Propiedades térmicas de los cerramientos
Propiedades térmicas de los cerramientos
<ul><li>Pérdida de calor por unidad de área y por diferencia de temperatura de un grado centígrado a través de los cerrami...
Carga térmica mensual
Temperatura para el cual la casa se encuentra en equilibrio con el medio exterior ,  para la carga térmica disponible mens...
Características térmicas   <ul><li>Coeficiente de transmisión de calor  U (W/m 2  K) </li></ul><ul><li>Tejado y suelo : 0,...
Consumo de energía eléctrica de la Casa Ecológica <ul><li>IIuminación: </li></ul>735 TOTAL: 150 5 15 2 Exterior  45 3 15 1...
<ul><li>Electrodomésticos: </li></ul>1905 TOTAL :   800 4 100    2 Inversor CC/CA 120 24 5 1 Módulo portátil de sensoriami...
Dimensionamiento Fotovoltaico <ul><li>Consideraciones: </li></ul><ul><li>mínima radiación solar (enero) </li></ul><ul><li>...
Dimensionamiento Solar térmico <ul><ul><ul><ul><ul><li>Calentamiento de agua: dos paneles de 1,20m x 1,69m los cuales prop...
<ul><li>-Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un  par  (fuerza de giro) qu...
BIODIGESTOR UNA ALTENATIVA ENERGÉTICA DE COCCIÓN 1.Válvula de salida de biogás 2.Almacenamiento de biogás 3. Nivel del agu...
PANEL DE DISTRIBCIÓN Y PROTECCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
<ul><ul><li>INSTRUMENTACIÓN: MÓDULO DE ADQUISICIÓN DE DATOS </li></ul></ul>
<ul><ul><li>BIBLIOGRAFIA </li></ul></ul>GALLOWAY, T.  La Casa Solar: Guía de Diseño, Construcción y Mantenimiento .  Nº Ed...
<ul><ul><li>BIBLIOGRAFIA </li></ul></ul>HORN, M..  Energía Solar . Centro de Energías Renovables de la Universidad Naciona...
<ul><li>GRACIAS </li></ul><ul><li>Cualquier consulta a  </li></ul><ul><li>[email_address]   </li></ul>
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DISEÑO DE UNA CASA ECOLOGICA PARA EL USO EFICIENTE DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LA CIUDAD DE AYACUCHO

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K. JANAMPA ; O. Ceron
Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería de Minas Geología y Civil
XV Simposio Peruano de Energia Solar (perusolar.org)

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DISEÑO DE UNA CASA ECOLOGICA PARA EL USO EFICIENTE DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LA CIUDAD DE AYACUCHO

  1. 1. “ DISEÑO DE UNA CASA ECOLOGICA PARA EL USO EFICIENTE DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LA CIUDAD DE AYACUCHO” XV SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR AUTORES: Mg. JANAMPA QUISPE, Kléber [email_address] Mg. CERÒN BALBOA, Octavio [email_address] Ing. CORTEZ LEDESMA, Nicolás E. [email_address] Bach. ORÉ GARCÍA, Julio [email_address] UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
  2. 2. Introducción <ul><li>Las edificaciones en nuestra ciudad son construidas sin tener en cuenta diseños que optimicen el uso de la energía, diseños que se adecuen al clima y aprovechen el potencial energético en energías renovables de nuestra zona y menos aún toma en cuenta el impacto del cambio ambiental que genera. </li></ul><ul><li>En general, las edificaciones de viviendas no corresponden a construcciones bioclimáticas ni son sostenibles </li></ul>
  3. 3. <ul><li>El desarrollo de los materiales ligeros (ladrillos con huecos, ventanas acristaladas) hace que las construcciones pesadas, sean sustituidas por construcciones ligeras; lo que disminuye considerable su inercia térmica. </li></ul><ul><li>La envolvente de la vivienda así como sus elementos interiores, influyen sobre las diferencias entre el clima interior y exterior. Entre ambos se producen numerosos fenómenos de intercambio de flujos energéticos que definen el comportamiento térmico y ambiental de la vivienda. </li></ul>Introducción
  4. 4. <ul><li>Morillón, D., sostiene que arquitectura bioclimática es “acción de proyectar o construir considerando la interacción de los elementos del ambiente energético como el clima, a fin de que sea el edificio mismo el que regule los intercambio de materia y energía” </li></ul><ul><li>Gonzalo V. Ch. “La buena arquitectura siempre ha sido y debe ser bioclimática, y una arquitectura no bioclimática carece de calidad” </li></ul>Introducción
  5. 5. Objetivo <ul><li>Diseño y estudio energético de una casa ecológica de adobe de 60m 2 , concebida para ser construida aislada de la urbe y que relacione los conceptos de arquitectura bioclimática, solar activa, sostenible y automatizada. </li></ul>
  6. 6. Metodología <ul><li>Criterios de Evaluación Bioclimática: </li></ul><ul><ul><li>Parte del análisis del clima del lugar </li></ul></ul><ul><ul><li>Define las condiciones de confort térmico </li></ul></ul><ul><ul><li>El tipo de uso de la casa y su ubicación </li></ul></ul><ul><li>Requerimiento energético y automatización de las componentes de suministro </li></ul><ul><li>Morillón,D. </li></ul>
  7. 7. Evaluación Bioclimática <ul><li>El diseño toma en cuenta un edificio que capte la energía solar, según la época del año, a fin de regularla de acuerdo a las necesidades de calefacción, ventilación, iluminación, etc. </li></ul><ul><li>El aprovechamiento de la radiación que llega al edificio se basa en la optimización de la orientación; la definición de volúmenes y aberturas de los edificios; la selección de materiales apropiados, etc. </li></ul>
  8. 8. ORIENTACIÓN Y UBICACIÓN <ul><li>La ciudad de Ayacucho se encuentra ubicada en un amplio valle en la Sierra Sur Central Andina del Perú a una altitud de 2761 m.s.n.m. aproximadamente. El clima de Ayacucho es templado y seco, con una temperatura media anual de 17,5º C. Se encuentra a una latitud sur de 13º 09´26” y longitud oeste de 74º 13´22”. </li></ul>
  9. 9. CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS DE LA CIUDAD DE AYACUCHO Temperatura Temperatura media anual de 17,5º C
  10. 10. Isoterma de temperaturas para la ciudad de Ayacucho
  11. 11. Movimiento aparente del sol
  12. 12. Radiación solar Radiación Global sobre una superficie horizontal 4,8 kWh/m²-día UNSCH-CM
  13. 13. <ul><li>El viento casi todo el día tiene dirección N, NE y E. </li></ul><ul><li>Las noches, sobre todo después de las 24h, son muy calmas. </li></ul><ul><li>Entre las 12 y 20hr se presentan mayores variaciones de la velocidad del viento. </li></ul>Velocidad de viento
  14. 14. <ul><li>Valor medio anual: 56%. </li></ul><ul><li>La humedad relativa máxima es de 97% en enero y febrero (época de lluvias) mientras que la humedad mínima es de sólo un 22% en el mes de agosto </li></ul>Humedad
  15. 15. <ul><li>Puede brillar todo el año entre la 08 y 16 horas. </li></ul><ul><li>El promedio de brillo solar anual es de 67% </li></ul>Horas de Sol
  16. 16. <ul><li>Confort térmico: La sensación mental que expresa la satisfacción con el ambiente térmico. (ASHRAE,1971) </li></ul><ul><li>Método de Fanger - norma ISO 7730 </li></ul><ul><ul><li>humedad (40-60%), </li></ul></ul><ul><ul><li>velocidad de viento interior menor a 0,1m/s, </li></ul></ul><ul><ul><li>Metabolismo M=1,2 met. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ropa 1 clo (invierno) y 0,5 clo (verano) </li></ul></ul><ul><li>Define la temperatura operativa de 23ºC, variando según el arropamiento entre una temperatura óptima en torno a los 21,5ºC (invierno) y a 24,5ºC (verano). </li></ul><ul><ul><li>CONDICIONES DE CONFORT TÉRMICO </li></ul></ul>
  17. 17. <ul><li>Orientación : la facha principal hacia el Norte, las paredes de frente al norte dispondrán de mayor área que las paredes orientadas al este y oeste. </li></ul><ul><li>Durante los meses de marzo a septiembre (otoño e invierno) la pared vertical de la fachada principal, recibe la mayor radiación solar (altura solar : 50 a 70º) </li></ul><ul><li>Los meses de octubre a febrero (primavera y verano) la fachada posterior recibe también una importante pero menor radiación solar, la altura solar : 70 a 90º. </li></ul><ul><li>Sombras : para proteger la casa, frente a las ganancias solares de verano, se dispone de aleros o persianas, diseñados de tal manera que permitan la captación de la radiación solar en invierno e impidan su acceso en verano. </li></ul><ul><li>Aislamiento : dos paredes de adobe con espacio de aire entre ellas. Las ventanas son de carpintería de madera y están dotadas de doble cristal. </li></ul>CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO
  18. 18. <ul><li>d) Almacenamiento de calor : para aumentar la inercia térmica, se usará materiales de alta densidad. La capacidad de almacenamiento térmico se aumenta mediante un muro Trombe de cara al norte. </li></ul><ul><li>e) Ventilación natural : el muro Trombe funciona con sistema de calefacción en invierno y como sistema de ventilación en verano, para la ventilación cruzada E-W y N-S se dispone de pequeñas ventadas en las paredes respectivas. </li></ul><ul><li>f) Iluminación : en el día a través de las ventanas de mayor área en la pared principal y en el tejado superior. Durante la noche, mediante sistema fotovoltaico de iluminación. </li></ul><ul><li>g) Agua caliente sanitaria : a través de paneles solares térmicos colocados en el tejado de la casa . </li></ul><ul><li>h) Requerimiento energético: mediante sistemas fotovoltaicos, colectores solares térmicos y biomasa </li></ul>CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO
  19. 19. CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO
  20. 20. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DE LA CASA <ul><li>Análisis térmico de los cerramientos </li></ul>Caracterización de los cerramientos y determinación de la transmitancia global de la vivienda (U)
  21. 21. Gradiente de temperatura en una pared
  22. 22. Propiedades térmicas de los cerramientos
  23. 23. Propiedades térmicas de los cerramientos
  24. 24. <ul><li>Pérdida de calor por unidad de área y por diferencia de temperatura de un grado centígrado a través de los cerramientos de la casa ecológica </li></ul>
  25. 25. Carga térmica mensual
  26. 26. Temperatura para el cual la casa se encuentra en equilibrio con el medio exterior , para la carga térmica disponible mensualmente
  27. 27. Características térmicas <ul><li>Coeficiente de transmisión de calor U (W/m 2 K) </li></ul><ul><li>Tejado y suelo : 0, 604 y 0,511 </li></ul><ul><li>Paredes exteriores : 0,816 </li></ul><ul><li>Ventanas y puerta : 2,87 y 1,21 </li></ul><ul><li>Muro trombe : 1,83 </li></ul><ul><li>Coeficiente global medio del edificio : 7,84 W/m 2 K </li></ul><ul><li>Coeficiente global de pérdidas : 158,09 W/K </li></ul><ul><li>Tasa de infiltración : 0,5 a 0,9 </li></ul><ul><li>Superficie del muro trombe : 4 m 2 </li></ul>
  28. 28. Consumo de energía eléctrica de la Casa Ecológica <ul><li>IIuminación: </li></ul>735 TOTAL: 150 5 15 2 Exterior 45 3 15 1 Almacén 120 3 20 2 Sala de estudio 200 5 20 2 Sala comedor 80 4 20 1 Cocina 20 1 20 1 Baño 120 4 15 2 Dormitorio (h) Consumo (Wh) Tiempo Potencia teórica (W) Número de puntos Ambiente
  29. 29. <ul><li>Electrodomésticos: </li></ul>1905 TOTAL :   800 4 100    2 Inversor CC/CA 120 24 5 1 Módulo portátil de sensoriamiento 5 1/6 30 1 Licuadora 160 24 6,7 1 Frigorífico 250 1/3 750 1 Plancha 80 4 20 1 Equipo de sonido 180 3 60 1 TV colores 10 1/3 30 1 Impresora 300 4 75 1 Computadora (h) Consumo (Wh) Tiempo Potencia (W) Puntos Artefacto
  30. 30. Dimensionamiento Fotovoltaico <ul><li>Consideraciones: </li></ul><ul><li>mínima radiación solar (enero) </li></ul><ul><li>5 días de autonomía </li></ul><ul><li>electrodomésticos de alta eficiencia. </li></ul><ul><li>autosostenible eléctricamente a </li></ul><ul><li>2,64 KWh/día </li></ul><ul><li>Se requiere: </li></ul><ul><li>14 paneles de 50W </li></ul><ul><li>6 baterías solares de 100Ah (80%) </li></ul><ul><li>2 inversores de 1000W (90% de eficiencia) </li></ul><ul><li>Eficiencia global del sistema de 67,8%. </li></ul>
  31. 31. Dimensionamiento Solar térmico <ul><ul><ul><ul><ul><li>Calentamiento de agua: dos paneles de 1,20m x 1,69m los cuales proporcionan 250 l de agua caliente a 40`C por día. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><li>Cocción de los alimentos: cocinas solares tipo caja </li></ul><ul><li>de dimensiones: 50 x 50 x 25 cm, área de apertura </li></ul><ul><li>de 0,53 m 2 y área de la cocina 0,25 m 2 . </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Alternativamente: una cocina tipo parábola de acero galvanizado y aluminio con un diámetro de 1,5 m. </li></ul></ul></ul></ul></ul>
  32. 32. <ul><li>-Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par (fuerza de giro) que actúa sobre las palas del rotor. </li></ul><ul><li>-La potencia extraíble del viento por unidad de área viene dada por la ecuación: </li></ul>PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN AEROGENERADOR Potencia del viento para Huamanga k=16/27 :Coeficiente de pérdidas v=2,16m/s: velocidad de viento promedio anual ρ = 1,23 kg/m3 : Densidad del aire en Huamanga Velocidad mínima de arranque de los aerogneradores 3 a 4 m/s NO RECOMENDABLE COMO ALTERNATIVA ENERGÉTICA DE ELECTRICIDAD EN HUAMANGA
  33. 33. BIODIGESTOR UNA ALTENATIVA ENERGÉTICA DE COCCIÓN 1.Válvula de salida de biogás 2.Almacenamiento de biogás 3. Nivel del agua con materia orgánica La obtención de biogás está en relación al tipo de biomasa biomasa de aves de corral y cerdos. Biodigestor de estructura flexible anaeróbico de polietileno de 5.8 m3 con dos quemadores Permite cocinar por lo menos 6 horas diarias cocción de alimentos durante el día. 10m 5,8m 3 62 0,18 Gallina 78 2,25 Cerdo BIOGAS lit/kg ESTIÉRCOL (kg) ANIMAL
  34. 34. PANEL DE DISTRIBCIÓN Y PROTECCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
  35. 35. <ul><ul><li>INSTRUMENTACIÓN: MÓDULO DE ADQUISICIÓN DE DATOS </li></ul></ul>
  36. 36. <ul><ul><li>BIBLIOGRAFIA </li></ul></ul>GALLOWAY, T. La Casa Solar: Guía de Diseño, Construcción y Mantenimiento . Nº Edición:1ª Año de edición: 2006. Plaza edición: MADRID CELIS D'AMICO, F. Arquitectura bioclimática, conceptos básicos y panorama actual . Seminario de Arquitectura Integrada en su Medio Ambiente (SAIMA) de la Universidad Politécnica de Madrid. 2000. BAÑO, A. La construcción sostenible: criterios para una actuación arquitectónica acorde con el medio ambiente . Dpto. de Arquitectura de la Universidad de Alcalá de Henares de Madrid AMBROSETTI, P. Radiación Solar en Ayacucho. UNSCH – 1978 APES (Asociación Peruana de Energía Solar). Memorias de los Simposios Peruanos de Energía Solar . 2001 al 2005 ESPINOZA, R. Energía Solar . Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería. Lima 2005
  37. 37. <ul><ul><li>BIBLIOGRAFIA </li></ul></ul>HORN, M.. Energía Solar . Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería. Lima 2005 AALFS, M.. Solar Cookers Internacional . SCI Board Menber. ZANABRIA, P. Radiación Solar en el Cusco . Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco. 2004 JANAMPA, K. Caracterización térmica de dos cocinas solares (tipo Nandwani) de diferente altura interior . Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga MORILLON, D. Comportamiento Bioclimático en la Arquitectura . Instituto de Energía – UNAM 2003
  38. 38. <ul><li>GRACIAS </li></ul><ul><li>Cualquier consulta a </li></ul><ul><li>[email_address] </li></ul>

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